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Vergleich - Institut für Kartographie und Geoinformatik

1. 1 30 40 Zeit s Abbildung 78 Teststrecke 10 0 H henverlauf 101 4 1 Garmin Edge 305 Testpfeiler MD Positionsgenauigkeit Zur Untersuchung der absoluten Lage und H hengenauigkeit wurde der Edge auf dem Messdach des Geod tischen Instituts der Universit t Hannover getestet Die dort aufgestellten Pfeiler sind koordinatenm ig exakt bekannt was einen Soll Ist Vergleich erm glicht Die Dauer der Aufzeichnung betrug 60 Minuten Abstand zur Sollkoordinate 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 79 Messdach Lagegenauigkeit Abbildung 79 zeigt die jeweiligen Abst nde zur Sollkoordinate ber die Zeit Es ergibt sich ein Mittelwert der Abweichungen vom Sollpunkt von 2 01 m wobei sich die Werte in einem Bereich zwischen 1 08 m und 3 16 m bewegen Die Standardabweichung betr gt 0 52 m Einen berblick ber die Verteilung der bestimmten Positionen erh lt man in Abbildung 80 Laut Herstellerangaben soll eine Positionsgenauigkeit von lt 10 m RMS erreicht werden was hier auch der Fall ist Aber auch die abgesch tzte und demzufolge zu erwartende Genauigkeit von lt 5 m bei Messungen mit WAAS EGNOS Korrekturdaten wird eingehalten 102 4 Beschreibung der Ger te I Abbildung 80 Messdach Positionsgenauigkeit N gt Die Differenzen zur Sollh he sind in Abbildung 81 dargestellt Zu Beginn der Beobachtungssession wird die H h
2. Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 95 Teststrecke 9 0 Geschwindigkeitsverlauf 110 4 Beschreibung der Ger te In Abbildung 95 ist zu sehen dass die Geschwindigkeit w hrend der Fahrt unter der Br cke bei etwa 166 m angeblich abf llt Dies ist ein eindeutiges Zeichen daf r dass die Messung auf GPS Informationen beruht und es an der besagten Stelle zu einem 10 km h gro en Geschwindigkeitsabfall kommt Bei der Testfahrt wurde auf eine konstante Geschwindigkeit geachtet daher ist das Verhalten nicht auf die Versuchsdurchf hrung zur ckzuf hren Selbst bei einem schlechten GPS Empfang wird nicht auf den GSC 10 zugegriffen da sich ansonsten ein einheitliches Geschwindigkeitsniveau ergeben h tte 0 50 100 150 200 250 300 350 Meter Abbildung 96 Teststrecke 9 0 angezeigte Strecken Die angezeigten Strecken zwischen 308 und 318 m ergeben einen Mittelwert von 311 75 m mit einer Standardabweichung von 2 2 m Sollstrecke 117 m Die Genauigkeit bel uft sich auf gt 97 Teststrecke 10 0 Signalabbruch Abschlie end wird der eben beschriebene Test unter einer deutlich l ngeren Br cke wiederholt Anstelle der 15 m muss nun eine Distanz von 35 m ohne GPS Signal berwunden werden Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindi
3. Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit T m E s h m U ef oo gt E 3 PS erd Q L U dal Abbildung 344 Teststrecke 6 0 Rasen Geschwindigkeitsverlauf Durch den ungleichm igen nachgebenden Rasen war es schwierig eine konstante Geschwindigkeit w hrend des Laufes aufrecht zu erhalten Die Schwankungen von ber 2 km h in Abbildung 344 sind dementsprechend etwas gr er als jene auf dem begradigten und nur wenig nachgebenden Schotterfeldweg wie in Abbildung 345 verdeutlicht ist Nachdem sich nach ungef hr 100 m auf dem Weg eine einheitliche Laufgeschwindigkeit eingestellt hat ist die Geschwindigkeit mit einem Variationsintervall von etwa 0 7 km h recht gleichbleibend Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 345 Teststrecke 7 0 Schotter Geschwindigkeitsverlauf 253 4 6 Polar S625X Die beiden Teststrecken 6 0 und 7 0 verlaufen im Abstand von etwa 15 m parallel zueinander Aufgrund des Gel ndes kann von ungef hr gleichen H henverl ufen ausgegangen werden kann Die jeweils aufgezeichneten H henprofile zeigen in der Tat einen hnlichen Verlauf Sie stellen gut den wirklichen Streckenverlauf dar Nach dem Startpunkt ging es zun chst etwas bergab dann kam eine leichte Erhebung um die 100 m und nach ungef hr 200 m folgt der allm hliche
4. Sollgeschwindigkeit fm En m E e e U a on gt E 3 Ho LA Vi w dal Abbildung 316 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf Fahrradcomputer HAC In Abbildung 316 ist der zur ersten Testfahrt angezeigte Streckenl nge 490 m geh rende Geschwindigkeitsverlauf dargestellt Man erkennt dass er aus mehreren linearen Teilst cken zusammengesetzt ist Begr nden l sst sich das Verhalten mit dem Speicheralgorithmus des HACS W hrend der Testdurchf hrung wurde auf eine gleichbleibende Geschwindigkeit geachtet Der generelle Verlauf erscheint recht konstant mit Geschwindigkeiten zwischen 18 und 20 km h Aus diesem Grund ist keine Fehlfunktion des Sensors zu verzeichnen 231 4 5 Ciclosport HAC 5 Abbildung 317 Teststrecke 1 0 H henverlauf Fahrrad HAC Neben Geschwindigkeit und Strecke registriert der Fahrradcomputer w hrend der Fahrt u a Relativh hen mit dem Verfahren der barometrischen H henmessung Ein H henverlauf ist in Abbildung 317 dargestellt Wegen der erh hten Geschwindigkeit im Vergleich zum Laufen stellt das Fahrradfahren gr ere Anforderungen an die beiden Sensoren Thermometer und Barometer in der Sportuhr Da H henmeter schneller berwunden werden m ssen Luftdruck nderungen innerhalb kurzer Zeit registriert werden k nnen Der gezeigte H henverlauf spiegelt die relativen H hen nderungen korrekt wieder Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf
5. pg Gei rA IE EAE ELA E N e FEARANN NW ETA H he 874m Ubertragung ID HI OO 26 KE Abbildung 33 Teststrecke 2 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb 81 4 1 Garmin Edge 305 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit fg in m E KT OU EI KE ge E 3 Bo QO Vi OU dai Sollgeschwindigkeit Abbildung 34 Teststrecke 2 0 Geschwindigkeitsverlauf In Abbildung 34 ist die Geschwindigkeitskurve eines Laufs auf Teststrecke 2 0 dargestellt Die mittlere Geschwindigkeit entspricht zwar der mittleren Sollgeschwindigkeit besitzt jedoch eine recht hohe Standardabweichung in beide Richtungen was durch die Abschattungen erkl rt werden kann Besonders auff llig sind jedoch 2 bis 3 Schwankungen der Geschwindigkeit die bei allen Durchl ufen an den gleichen Stellen des Kurses auftreten Das erste Maximum ist kurz vor dem Fu g nger berweg in Abbildung 35 erreicht Es ist auf die bis zu dieser Stelle schlechte GPS Genauigkeit und die pl tzliche Genauigkeitssteigerung durch besseren Empfang zur ckzuf hren W hrend die bestimmten Positionen durch die vorangegangenen Abschattungen zu beiden Seiten sehr ungenau waren resultierten die Geschwindigkeiten aus relativen Messungen und waren dementsprechend genau Aufgrund der abrupten Verbesserung des Empfangs durch die pl tzlich zur Verf gung stehenden Sichten direkt vor dem berweg wurde die absolute Position wieder
6. 173 4 4 Garmin Forerunner 305 130 125 7 120 115 110 105 4 100 95 90 853 1 80 0 200 400 600 800 1000 H he m Weg m Abbildung 205 Teststrecke 2 0 H henverlauf Der H henverlauf der in Abbildung 205 dargestellt ist scheint auf den ersten Blick nicht von den ausgepr gteren Variationen der Werte durch eingeschr nkte Sicht betroffen zu sein Betrachtet man jedoch den Ma stab so treten hier H henunterschiede von bis zu 39 m auf die auf dieser Strecke maximal 4 m nicht vorkommen Trotzdem erweckt dieses H henprofil den Eindruck als w re es entweder gegl ttet oder durch andere Methoden stabilisiert wurden was bereits bei Teststrecke 1 0 auff llig war Teststrecke 2 1 eingeschr nkte Sicht durch B ume Auf Teststrecke 2 1 kam es durch B ume zu kontinuierlichen Abschattungen zu beiden Seiten der Allee Die angezeigten Strecken sind in Abbildung 206 visualisiert Der Mittelwert betr gt 988 75 m und die Standardabweichung 16 7 m Es wird nur eine Streckengenauigkeit von gt 97 1 erreicht was jedoch haupts chlich auf die L ufe in S d Nord Richtung zur ckzuf hren ist da sich diese durchweg als zu kurz erweisen wohingegen Durchg nge in umgekehrter Richtung sehr nah an die 1000 m Sollstrecke herankommen Dazu muss noch erw hnt werden dass der Forerunner ab Distanzen gt 1000 m nur noch auf volle 10 m rundet 174 4 Beschreibung der Ger te O 25
7. 4 4 Garmin Forerunner 305 Teststrecke 4 1 bietet eine gleichm ige Steigung bzw ein gleichm iges Gef lle ber eine l ngere Strecke von 259 m siehe Teststrecken Hier fanden weitere Genauigkeitsuntersuchungen statt Dabei wurden zwei H hen genau gemessen wodurch ein H henunterschied von 12 41 m zustande kommt An diesen beiden Stellen wurden daraufhin auch die Ablesungen vorgenommen Reduziert auf die Anfangsh he ergeben sich Abweichungen zur Sollh he auf der Krone des Gipfels zu maximal 2 41 m Lauf 2 wie man in Abbildung 253 erkennen kann Lauf 1 Lauf 2 Lauf 3 Lauf 4 e zm se Sollh he 50 100 150 200 250 300 Strecke m Abbildung 253 Teststrecke 4 1 Relative H hen Abbildung 254 zeigt erneut ein einzelnes H henprofil das sich durch seinen sehr gleichm igen Verlauf und einem H henunterschied von 12 m auszeichnet Beim Garmin Forerunner 305 entspricht die Anzeige also auch den aufgezeichneten H hen In Abbildung 255 kommt es lediglich bei Lauf 4 zu gr eren Schwankungen im Verlauf der Steigung w hrend sich alle anderen H henprofile sehr gleichm ig verhalten 110 16 Lauf 1 Lauf 2 H he m Lauf 3 Lauf 4 Sollh hen 0 50 100 150 200 250 300 Weg m Abbildung 254 Teststrecke 4 1 Einzelner Abbildung 255 Teststrecke 4 1 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he
8. 58 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Google Die Teststrecke 8 0 befindet sich direkt auf dem ehemaligen EXPO Gel nde und verl uft ber verschiedene Stra en bzw Fu wege Hier soll die Genauigkeit der Distanz und Geschwindigkeitsmesser auf einer relativ langen kurvigen Strecke getestet werden Bei Ger ten mit Trackaufzeichnung lassen sich zudem noch Aussagen zu den vermutlich angewandten Filtern und somit zum Kurvenverhalten allgemein treffen Bei Kurven kann man zwischen verschiedenen Verhaltensweisen unterscheiden Entweder es kommt zu einem sogenannten Drift d h dass die gemessene Distanz scheinbar l nger wird weil sich die Ger te in einer Drehbewegung befinden und teilweise Positionen und oder Distanzen vorausberechnen die dann aus der tats chlichen Kurve herausragen oder es werden Teile abgeschnitten was durch eine Gl ttung der Kurve zustande kommen kann und was dazu f hrt dass die gemessenen Distanzen zu niedrig sind Der Startpunkt befindet sich am n rdlichen Ende des Kurses siehe Abbildung Die Strecke wurde so eingemessen dass verschiedene Typen Pl tzlicher Sp von Richtungs nderungen Kurven getestet Bees werden Die ersten beiden Kurven der Strecke stellen dabei abrupte Richtungs nderungen dar Sie werden durch eine Drehung in 59 3 3 Beschreibung der Teststrecken Parkanlage Ende der langgezogenen Kurve 180 Wende vor orangenem Pavillon einem Punkt beschrieben
9. E Datei u Feldbuch 1000 1250 Abbildung 349 Teststrecke 8 0 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken Feldbuch m 1110 1120 1120 1100 Datei m 1101 1120 1085 1102 Werden die angezeigten Strecken den aufgezeichneten Werten aus der Datei gegen bergestellt so ist vor allem die Differenz von 35 m 1120 m 1085 m auffallend gro w hrend die anderen Werte liegen recht dicht beieinander liegen Die 1085 m beschreiben zwar recht genau die Sollstrecke von 1081 8m allerdings ist die aufgezeichnete Distanz in diesem Fall aufgrund der drei anderen deutlich h her liegenden Messergebnisse eher als Ausrei er anzusehen F r die Werte aus der Datei ergibt sich ein Mittelwert von 1102 m und somit eine durchschnittliche Streckenabweichung von 1 87 Zusammengefasst scheinen Kurven also zu einer Verl ngerung der gemessenen Strecke zu f hren Dies l sst sich mit den bei Richtungs nderungen anders wirkenden Kr ften auf den Fu erkl ren Beim Kurvenlauf beschreibt der Fu keine exakte Bewegung in der Sagittalebene sonder f hrt durch die K rperdrehung eine Bewegung nach schr g vorne aus Wird eine runde enge Kurve schnell durchlaufen so k nnen zus tzlich auftretende Zentrifugalkr fte den Beschleunigungssensor zus tzlich st ren 255 4 6 Polar S625X Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit dSollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h kA Si CH l MN Ne Ir 0 1
10. aufgezeichnete Strecken Datei 1 1 4 4 Garmin Forerunner 305 Bei einer Betrachtung der aufgezeichneten Tracks siehe Abbildung 201 wird deutlich dass eingeschr nkte Sichten wie erwartet einen Einfluss auf die Genauigkeit haben So liegen nun bereits Querabweichungen bis maximal 22 21 m vor Im n rdlichen Teil der Strecke kommt es zu besonders auff lligen Unsicherheiten Dies ist durch die Konstellation bzw Anzahl der Satelliten zu erkl ren Die Sicht in s dliche Richtung ist hier weitestgehend verdeckt Da sich die GPS Satelliten wie bereits erw hnt auf Umlaufbahnen mit einer Inklination von 55 bewegen stehen von Deutschland aus gesehen mehr Satelliten im S den zur Verf gung Au erdem befinden sich die geostation ren EGNOS Satelliten ber Zentralafrika von wo aus Signale und damit Korrekturdaten nur unter einer Elevation von maximal 35 empfangen werden k nnen Dies erkl rt auch die sehr genaue berlagerung von Sollstrecke und aufgezeichnetem Track im s dlichen Teil der Strecke kaum Abschattungen in Richtung S den Zimage 8 200AAeroWest 2007 Eutopsa Technologies W Google Sichth he 745 m Abbildung 201 Teststrecke 2 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb 172 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit emm ebe m E KT Lu SE U ef ES Oo E 3 M om Q V U dal Abbildung 202 Test
11. 194 4 Beschreibung der Ger te 4 4 5 Zusammenfassung Der Garmin Forerunner 305 ist ein ausgereifter Geschwindigkeits und Entfernungsmesser Die Bedienung ist leicht verst ndlich und teilweise rein intuitiv m glich trotzdem wird eine Vielzahl an Funktionen angeboten Das Display ist bersichtlich und auch die Men s sind gut eingeteilt Einzig und allein das Kartenmen wird bei l ngeren Distanzen etwas un bersichtlich da es keinerlei M glichkeiten gibt den angezeigten Track zu verschieben Man kann hier nur den Anzeigema stab ndern Denkbar w re auch eine direkte Koordinatenausgabe die das Ger t im Gegensatz zu lteren Produkten nicht bietet Der Stromverbrauch ist gering und auch die Ladezeiten sind sehr kurz N tzlich ist dabei auch das gleichzeitige Laden des Ger ts bei Verbindung ber das mitgelieferte USB Kabel mit einem PC Notebook Der Speicher k nnte hingegen etwas gr er sein wenn man mehrere genau aufgezeichnete Tracks erhalten will und die Daten nicht t glich auslesen kann Die angegebene Aufnahmezeit von 3 5 Stunden kann aber auch so bei einem einzigen Training bereits berschritten werden Die aufgezeichneten Strecken treffen h ufig den wahren Streckenverlauf wobei die Streckengenauigkeit nur selten bei gt 99 liegt Bezieht man sich jedoch auf die letztendlich gespeicherten Werte so bietet sich meist ein anderes Bild Hier werden fast immer Streckengenauigkeiten ber 99 erreicht Diese Verz geru
12. Genauigkeit Im Wald und damit unter schlechtesten Bedingungen f r GPS Messungen schneiden alle getesteten Ger te nicht besonders gut ab Hier ist der Garmin Forerunner 305 der Testsieger W hrend die angezeigten Werte als mangelhaft bezeichnet werden m ssen k nnen bei der anschlie enden Auswertung sehr gute Ergebnisse erbracht werden Das Zusammenspiel aus geradlinigem Streckenverlauf und einzelnen gemessenen Koordinaten verhilft der Casio GPR 100 bei stark eingeschr nkter Sicht zu einer ausreichenden Leistung Mangelhaft sind hier die erzielten Genauigkeiten des FRWD W600 Die Ursache hierf r sind vor allem komplette Signalausf lle wobei der eingesetzte Empf nger die Signale nicht lang genug halten kann Teststrecke 4 0 gro er H henunterscheid Anstieg und Abstieg Teststrecke 4 0 Platz Genauigkeit Bei der berwindung von gro en H henunterschieden zeigt sich dass der FRWD W600 nicht nur das gr te Aufl sungsverm gen von allen Ger ten besitzt sondern auch die genauste H henmessung aufweisen kann W hrend die absoluten H hen des W600 oftmals als mangelhaft bezeichnet werden m ssen ergeben sich durch den eingesetzten barometrischen H henmesser die pr zisesten relativen H hen Dies l sst sich hier auch bei den Strecken erkennen da diese direkt aus den 3D Koordinaten berechnet werden Gute Ergebnisse werden hier auch vom Garmin Forerunner 305 erzielt Dieser ermittelt 275 4 Ger tevergle
13. 100 120 140 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 171 Messdach H hengenauigkeit Fall 1 0 50 w 5 ZE 100 150 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 172 Messdach H hengenauigkeit Fall 2 148 4 Beschreibung der Ger te 4 2 5 Messprinzip barometrische H henmessung Zur Untersuchung der Genauigkeit des eingesetzten barometrischen H henmessers wurden Tests im Au enbereich Teststrecke 4 0 und 4 1 durchgef hrt Durch die Notwendigkeit einer Kalibrierung des H henmessers durch Bestimmung einer absoluten Anfangsh he per GPS war es nicht m glich Tests innerhalb eines Geb udes durchzuf hren In Abbildung 173 werden die relativen H hen reduziert auf die Anfangsh he dargestellt Die berquerung des k nstlich angelegten H gels siehe Teststrecke 4 0 verl uft recht gleichm ig weshalb hier zun chst einmal nur an signifikanten Stellen sowohl zur Einmessung der Strecke als auch bei den Tests H hen gemessen bzw abgelesen wurden Es kommt dabei zu sehr gro en Abweichungen Abbildung 173 Teststrecke 4 0 Relative H hen Abbildung 174 zeigt ein typisches aufgezeichnetes H henprofil Der H henunterschied von etwa 12 m kann hier auf beiden Seiten gut abgelesen werden und bersteigt die vom Hersteller angegebene Genauigkeit von lt 1 m relative H hen Verglichen mit der relativen Sollh he auf den Startpunkt reduziert geben alle L ufe ein hnliches B
14. 95 0 50 100 150 200 250 300 Meter Abbildung 64 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken 4 1 Garmin Edge 305 Abbildung 65 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die Br cke des Messeschnellwegs die den Fu weg entlang der Hermesallee und damit die Teststrecke 9 1 berf hrt hat an dieser Stelle eine Breite von ca 35 m Hier kommt es zu einer l ngeren Signalunterbrechung In Abbildung 65 l sst sich bez glich des aufgezeichneten Tracks ein hnlicher Effekt wie auf Teststrecke 9 0 beobachten Ab dem Moment der Unterbrechung kommt es zu Unsicherheiten Die Position wird zwar weiterhin vorausberechnet erf hrt aber anscheinend diverse St reinfl sse so dass es zu keiner linearen Pr diktion kommt Im Gegensatz zur Teststrecke 9 0 verringern sich die Querabweichungen zur Sollstrecke nach Wiedererlangen des Empfangs jedoch nicht Abbildung 66 zeigt einen typischen Geschwindigkeitsverlauf Hier wird das Tempo wie zuvor erst abgebremst und nach dem Ende der simulierten Signalunterbrechung wieder stark beschleunigt was dadurch zu erkl ren ist dass die vorausberechnete Strecke immer mehr abnimmt Ist daraufhin wieder eine Positionierung m glich entsteht ein Sprung in der Distanz wodurch auch die Geschwindigkeit betroffen ist da sich diese aus der Strecke dividiert durch die Zeit berechnet Wie aus Abbildung 67 hervorgeht scheint die H henkomponente auch von einer l ngeren Signalunterbrechung
15. Abbildung 362 Teststrecke 1 0 angezeigte und gespeicherte Werte beim Gehen Gro e und kleine Schritte Im n chsten Test werden die Ergebnisse von L ufen mit gro en und kleinen Schritten miteinander verglichen Die beiden Laufstile haben unterschiedliche Auswirkungen auf die wirkenden Kr fte am Fu W hrend bei gro en Schritten starke Beschleunigungen innerhalb gro er zeitlicher Intervalle auftreten ist das Laufen mit kleinen Schritten von geringen Beschleunigungskr ften aber einer hohen Frequenz gepr gt Meter Meter Abbildung 363 Teststrecke 10 0 angezeigte Abbildung 364 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken bei gro en Schritten Strecken bei kleinen Schritten Die Diagramme lassen erkennen dass beide Laufstile zu hnlichen angezeigten wieder verk rzten Strecken f hren Die Mittelwerte der Ergebnisse liegen mit 137 5 m bei den gro en und 140 m bei den kleinen Schritten dicht bei einander Die Genauigkeiten betragen 86 3 und 87 8 der Sollstrecke und liegen somit au erhalb des angegeben Genauigkeitspotentials des Sensors welches nur f r konstante Bedingungen g ltig ist 263 4 6 Polar S625X Soll eine genaue Distanzmessung mit einem dieser Laufstile durchgef hrt werden so muss zun chst der Sensor bzw die S625X mit dem Laufstil ber gr ere Strecke kalibriert werden da sie unkalibriert den gro en Abweichungen zufolge nicht f r diese Bewegungsmethode ausgelegt ist u Datei u Datei
16. Code 1 Abbildung 2 Das Signal ist der auf die Tr gerfrequenz modulierte Code Seeber 2003 Im Empf nger wird ein identisches aber phasenverschobenes Referenzsignal erzeugt Das empfangene Signal und das Referenzsignal werden daraufhin so in der Phase bzw Zeit gegeneinander verschoben dass sie deckungsgleich sind Aus der daraus resultierten Phasen bzw Zeitverschiebung kann dann mittels Wellenl nge bzw Lichtgeschwindigkeit eine Pseudoentfernung zum Satelliten berechnet werden Eine Positionsbestimmung ist mit mindestens drei gemessen Distanzen m glich Kugelschnitt Tr gerphasenmessung Da die Wellenl nge der Codes um mehr als das hundertfache gr er ist als die der Tr gerwellen kann bei der Messung der ankommenden Tr gerphase eine wesentlich h here Aufl sung erzielt werden Hierbei sind Genauigkeiten bei der Messung der Pseudoentfernung vom Empf nger zu den Satelliten durchaus im Submillimeterbereich angesiedelt Es kann jedoch nur die Restphase einer ankommenden Welle und nicht die Anzahl der vollen Wellenl ngen gemessen werden Da die ganzzahligen Vielfachen der Wellenl ngen zun chst nicht bekannt sind bezeichnet man sie auch als Ambiguity Mehrdeutigkeit Zur L sung der Mehrdeutigkeiten gibt es verschiedene Verfahren und Algorithmen Bildung von Dreifachdifferenzen Kombination von Code und Tr gerphasenmessung usw Seeber 2003 2 Technische Grundlagen 2 1 5 Fehlereinfl sse Theoret
17. Geschwindigkeits und Streckenmessungen unabh ngig von der Sportart erm glicht 197 4 5 Ciclosport HAC5 werden soll Die Funktionen des reinen Fahrradcomputers HAC5 k nnen so auf eine Vielzahl von Sportarten ausgeweitet werden Der HAC5 bietet insgesamt 95 Funktionen Neben den klassischen Parametern wie Geschwindigkeit Distanz Trittfrequenz Herzfrequenz und Leistungsausgabe beim Fahrradfahren besitzt er sowohl Thermometer als auch Barometer zur H henmessung H he Steigung Steiggeschwindigkeiten statistische Steigungswerte und Wettervorhersage Der Lieferumfang umfasst alle notwendigen Komponenten f r die Nutzung als Fahrradcomputer Das 38 seitige Handbuch ist in 6 Sprachen in digitaler Form auf der CD enthalten welche au erdem Auswertungssoftware bereitstellt Eine Kurzbedienungsanleitung in englischer und deutscher Sprache ist dem Set beigelegt Die verschiedenen Sensoren Pulsmesser Geschwindigkeits und Trittfrequenzsensor sind kabellos und bertragen ihre Daten ber digital codierten Funk mit einer Sendefrequenz von 868 MHz Herstellerangaben zufolge haben die Fahrradsensoren eine Reichweite von 2 m und der Herzfrequenzmesser 10 m Der bis zu 30 m Tiefe wasserdichte HAC5 wird von einer Knopfbatterie welche der Nutzer selbstst ndig austauschen kann mit Strom versorgt Durch Drehen des Computers kann dieser aus seinem Lenkerhalter gel st werden und beispielsweise mit dem beiliegenden Armband als Uhr getragen werden Ohne A
18. Japan Deutschland und in den USA wurden unterschiedliche Radaranlagen entwickelt Nach dem 2 Weltkrieg kamen in Deutschland vor allem w hrend des Kalten Krieges viele Radarger te an der innerdeutschen Grenze zum Einsatz Heute haben Radarsysteme auch in vielen zivilen Bereichen eine gro e Bedeutung erlangt 2 3 3 Anwendungsgebiete Die Anwendungsgebiete des Radars sind sehr vielseitig Es wurde prim r zu milit rtischen Zwecken entwickelt wobei die Anwendung vor Allem in der berwachung milit rischer Objekte Flugzeug Schiffe Raketen oder zur Navigation von Raketen zu ihren Zielen liegt Zivil dient die Technik haupts chlich der Navigation von Luft und Wasserfahrzeugen Besonders die Positionsbestimmung und die Kollisionsverhinderung spielen hierbei eine wichtige Rolle z B zur Blindlandung von Flugzeugen berwachung von Flusseinfahrten f r den Schiffsverkehr oder auch Ortung von Eisbergen Aber auch in anderen Bereichen wie z B bei der Wettervorhersage hat Radar eine gro e Bedeutung Hierbei lassen sich Niederschlagsgebiete und Wolkenfronten detektieren Beobachtungen ber einen l ngeren Zeitraum geben Auskunft ber das Bewegungsverhalten der Tiefdruckgebiete und erm glichen auf dieser Grundlage Wettervorhersagen Radaruntersuchungen erlauben ber hrungslose Messungen wodurch das Verfahren auch in der industriellen Messtechnik oder bei Geschwindigkeits berwachungen z B bei Radaranlagen im Stra enverkehr eingesetzt
19. Kurzanleitung 5 sprachig Handbuch 5 sprachig Akkulaufzeit bis zu 2 Std Preis ca 499 4 3 1 Ger tebeschreibung Die CASIO GPR 100 ist eine Freizeituhr mit Geschwindigkeits und Entfernungsmessung wobei f r letzteres das GPS System genutzt wird Au erdem steht eine Vielzahl an Funktionen zur Verf gung wie zum Beispiel Stoppuhr automatische Uhrzeitkalibrierung mit Hilfe von GPS unterschiedliche Timer Arten die Anzeige der Weltzeit automatische Displaybeleuchtung den F hrungsmodus zur Navigation zu gew nschten Punkten aber auch die Speicherung und Verwaltung von bis zu 50 Datens tzen Es besteht jedoch keine M glichkeit gespeicherte Daten an einen PC Laptop zu bertragen Die Stromversorgung wird durch eine Lithium Ionen Akkuzelle sichergestellt die laut Hersteller f r einen Betrieb von bis zu 2 Stunden im normalen Messmodus und bis zu 4 3 Stunden im Low Power GPS Modus mit verminderter Pr zision ausgelegt ist Zum Laden des Akkus wird das mitgelieferte Ladeger t genutzt in das die komplette Uhr eingesetzt wird M glich ist nun der Anschluss des im Lieferumfang enthaltenen 153 4 3 Casio GPR 100 Netzadapters mit einer Kabell nge von ca 1 90 m oder die Nutzung einer Alkaliblockbatterie um das Ladeger t selbst mit Energie zu versorgen Die GPR 100 besitzt ein Monochrom Display ca 22 x 16 mm das verschiedenste Werte anzeigen kann Die Ger tefirmware bietet folgende Men s Das Hauptmen mit
20. Teststrecke 2 0 verschiedene s dlichen Teil Bedingungen Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h dSollgeschwindigkeit 500 1000 400 600 Weg m Weg m Abbildung 121 Teststrecke 2 0 Abbildung 122 Teststrecke 2 0 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Abbildung 121 zeigt einen typischen Geschwindigkeitsverlauf auf Teststrecke 2 0 hnlich wie der aufgezeichnete Track zeichnet sich dieser durch starke Schwankungen aus deren Ursachen nur sehr schwer benannt werden k nnen da sie unmittelbar mit den gemessenen Distanzen zusammenh ngen Die H henverl ufe zeigen sich hingegen wenig beeinflusst durch die ungenauen GPS Messungen siehe Abbildung 122 Der barometrische H henmesser sorgt f r eine sehr stabile Kurve die den tats chlichen H henunterschieden in der Realit t sehr nahe kommen 127 4 2 FRWD W600 Teststrecke 2 1 eingeschr nkte Sicht durch B ume Auf Teststrecke 2 1 kam es durch B ume zu kontinuierlichen Abschattungen zu beiden Seiten der Allee Die angezeigten Strecken sind in Abbildung 123 visualisiert Der Mittelwert betr gt 1045 m und die Standardabweichung 26 0 m Es wird eine Streckengenauigkeit von gt 94 4 erreicht Erneut kommt es zu gro en Differenzen beim Ist Soll Vergleich der Strecken aber auch beim Vergleich der aufgezeichneten und der angezeigten Werte siehe Abbildung 124 hnlich wie bei Teststre
21. aufgezeichneter Track gelb E Anhalten E Anhalten Wi nach 30 Sekunden E nach 30 Sekunden Abbildung 158 Teststrecke 9 0 Angezeigte Abbildung 159 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken Strecken 141 4 2 FRWD W600 E Ei EI D E E 8 Abbildung 160 Teststrecke 9 0 Abbildung 161 Teststrecke 9 0 Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch Zeit s Zeit s Abbildung 162 Teststrecke 9 0 H henverlauf Abbildung 163 Teststrecke 9 1 H henverlauf Signalabbruch Signalabbruch 142 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 10 0 pl tzliches Anhalten Mit Hilfe von Teststrecke 10 0 kann das Verhalten des W600 bei pl tzlichem Anhalten getestet werden Es kommt zu keinerlei sonstiger Fehlereinfl sse wie z B Abschattungen In Abbildung 164 wird ersichtlich dass sich die Distanzen bis zum Haltepunkt und die endg ltig angezeigten Strecken nach 30 Sekunden trotzdem unterscheiden E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 164 Teststrecke 10 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 110 m In Abbildung 165 erkennt man wieder eindeutig eine Gl ttung der Geschwindigkeitskurve Bis zum Haltepunkt bei 38 Sekunden sollte die Geschwindigkeit noch nicht abnehmen da an dieser Stelle ein abrupter Abbruch der L ufe erfolgte Im Gegensat
22. aufgezeichneter Track gelb Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 750 1000 1250 Weg m Abbildung 209 Teststrecke 2 1 Geschwindigkeitsverlauf Bei den gemessenen Geschwindigkeiten in Abbildung 209 zeigt sich ein f r diese Bedingungen relativ gleichm iger Verlauf Die Schwankungen liegen in einem Bereich zwischen 1 4 km h Die mittlere Sollgeschwindigkeit und die mittlere aufgezeichnete Geschwindigkeit liegen in diesem Beispiel Abbildung 209 0 10 km h auseinander Der H henunterschied von etwa 2 30 m ber die Distanz von 1000 m ist auch aus den aufgezeichneten Werten Abbildung 210 ersichtlich Allerdings k nnen hier nur ganze H henmeter entnommen werden wodurch sich eine Ablesung von 2 m ergibt hnlich wie bei Teststrecke 2 0 wirkt der Verlauf gegl ttet ist aber nicht so hohen Schwankungen ausgesetzt 176 4 Beschreibung der Ger te 800 Abbildung 210 Teststrecke 2 1 H henverlauf Teststrecke 3 0 stark eingeschr nkte Sicht durch Wald Teststrecke 3 0 befindet sich in einem Waldst ck und bietet somit stark eingeschr nkte Sichten Die angezeigten Distanzen in Abbildung 211 best tigen dies Alle gemessenen Strecken sind um mindestens 16 m zu kurz Die Streckengenauigkeit liegt hier nur noch bei gt 92 8 0 100 200 300 400 500 600 Abbildung 211 Teststrecke 3 0 Angezeigte Strecken 177 4 4 Gar
23. die Messgenauigkeit verschiedener Sportuhren zu untersuchen Dabei unterliegen die eingesetzten Messverfahren ganz unterschiedlichen Fehlereinfl ssen die f r die Genauigkeit von Bedeutung sind So sollen die Ger te zun chst unter den jeweiligen Idealbedingungen und anschlie end mit einzelnen m glichst isolierten St rquellen getestet werden 1 3 Gliederung der Arbeit 1 3 Gliederung der Arbeit In Kapitel 2 werden die unterschiedlichen Messverfahren allgemein beschrieben Hier wird auch auf Fehlereinfl sse und St rquellen eingegangen In Kapitel 3 wird die Vorbereitung der Untersuchungen beschrieben Hierbei werden nicht nur die genutzten Teststrecken vorgestellt sondern auch die erzielbaren Genauigkeiten abgesch tzt In Kapitel 4 werden die einzelnen Tests ausgewertet Dabei findet eine Unterteilung nach Ger ten statt wobei diese anschlie end kurz miteinander verglichen werden Kapitel 5 dient der Zusammenfassung der Arbeit Des Weiteren wird ein Ausblick ber zuk nftige Entwicklungen gegeben 2 Technische Grundlagen 2 Technische Grundlagen 2 1 GPS Global Positioning System 2 1 1 Einleitung Das Global Positioning System GPS wird vom Verteidigungsministerium der USA dem DoD Department of Defense Hauptsitz ist das sogenannte Pentagon in Washington D C betrieben Es wurde haupts chlich f r milit rische Zwecke geplant und schlie lich auch realisiert Urspr nglich sollte das System aus 24 Satellit
24. elen Le ele gie 1 290 _9 Forerumer 1 9 10 Forerumer 843 11 Forerumer 828 12 Foreruner sei 824 3 Er frwdO2 txt kml 2 x Signal schwach 824 3 290 frwdo3 txt nl 824 3 s 28 frwdO4 txt km 1x Signal schwach mal nal gt 77 gt 77 mal aam reet mal 298 est iesgl S BR See EE fore03 gdb txt 824 3 280 62 open 13 Forerumer 0 am Sa ul me mal ze enen as eae 01 B E aleae au mai mm 72 7 S O 824 3 283 89 fore0O5 gdb txt 824 3 ag edge02 gdb Get Nr Strecke En Zeit cs Es 1000 Casio 1350 men 1000 213 00 T gt ni ri mm zum e o foo EH Polar 990 97o 1000 392 60 407 10 Cal pel ml el 100 206101 wen un nl ol wm mm u Hac 1030 1000 210 00 FRWD map EE 191 Forerunner 990 000 2901 oj me 1000 sol 10001 432 001 449 00 eingeschr nkte Sicht durch B ume Georgengarten Dateiname forerunner_O1 txt gdb kml forerunner_O2 txt gdb kml forerunner_03 txt gdb kml forerunner_04 txt gdb kml hac_01 txt hac_02 txt edge_fahrrad_O1 txt kml gdb edge_fahrrad_02 txt kmi gdb keine Daten hac_03 txt edge_fahrrad_0O3 txt kmi gdb keine Daten edge_fahrrad_04 txt kmi gdb polar_01 txt polar_O2 txt polar_03 txt polar_04 txt hac_04 txt keine Daten frwd_O1 txt kml frwd_02 txt kml forerunner_fahrrad_05 txt gdb kml forerunner_fahrrad_06 txt gdb kml frwd_03 txt km
25. ngig ist wird hier ein Innenthermometer genutzt um den Einfluss der Temperatur sofort zu eliminieren Derartige Barometer bezeichnet man als Kompensationsbarometer Die Verformungen der Membrandose m ssen f r hohe Genauigkeiten sehr exakt gemessen werden Dazu werden diese Verformungen wie beim Naudetbarometer in analoge elektrische Messgr en umgewandelt Hierf r verwendet werden piezoresistive kapazitive Druckaufnehmer oder vVibrationsdruckaufnehmer Kahmen 1997 Anschlie end besteht die M glichkeit die Daten ber einen Analog Digital A D Wandler zur digitalen Weiterverarbeitung bereitzustellen Ein Altimeter unterscheidet sich haupts chlich in einem Punkt von einem Barometer Statt Luftdruckdifferenzen werden H henunterschiede auf eine Ausgangsh he bezogen angezeigt 39 2 5 Barometrische H henmessung 2 5 4 Genauigkeit Aus der Barometerformel von W Jordan k nnen H henunterschiede unter Beachtung aller Fehlereinfl sse berechnet werden 2 e 2H AH 1840019 1 atm 1 0 377 z 1 Pcos2om 1 2 m Formel 2 9 Barometerformel von W Jordan Darin enthalten sind die Schwerebeschleunigung g Druckmessungen auf zwei Stationen BB die Temperatur tm der Dampfdruck em der Luftdruck pm die geographische Breite m sowie die H he Hm Durch Fehlerfortpflanzung dieser Formel kann untersucht werden welche Messgr e den gr ten Einfluss auf die Genauigkeit hat Daraus resultiert dass die Haupt
26. ufen zuverl ssig beschrieben w hrend zwei Messungen zu deutlich verk rzten Distanzen f hren Eine hohe Standardabweichung von 39 4 m unterstreicht die Heterogenit t der Werte Der Mittelwert von 130 m entspricht einer durchschnittlichen Streckenmessgenauigkeit von 82 wobei sich die Einzelgenauigkeiten in einem Bereich zwischen 44 und 100 befinden In einigen F llen k nnen sich somit die ungleichm ige H he des RDS ber dem Boden und die Ersch tterung negativ auf die Genauigkeit auswirken Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 30 40 50 60 Zeit s Abbildung 306 Teststreck 10 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Springen Abbildung 306 stellt die Geschwindigkeits nderung im zeitlichen Verlauf einer 160 Meter Messung dar Die Strecke wurde somit korrekt angezeigt obwohl die Geschwindigkeit nach einem 40 sek ndigen linearen Anstieg deutliche Auff lligkeiten aufweist Wie bereits h ufiger bemerkt tritt auch in diesem Diagramm das typische Alternieren der Geschwindigkeit auf Allerdings finden die Spr nge zwischen den Niveaus von 18 und O km h statt Zudem liegt eine rascher Wechsel vor da in diesem 225 4 5 Ciclosport HAC5 Fall die Extremwerte nur 2 s anstelle der bei vorhergehenden F llen beobachteten 20 s voneinander entfernt liegen Die Speicherung in 20 Sekunden Intervallen ist eine Folge der Aufzeichnungsgenauigkeit
27. um dieselben Werte auf dem Display auszugeben E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 292 Teststrecke 10 0 Pl tzliches Anhalten RDS Eine Auswertung der auf dem RDS angezeigten Werte zeigt ein hnliches Verhalten wie bei den gespeicherten Strecken Bis auf einen als Ausrei er betrachteten Fall kommt es zu keinen Ver nderungen der Strecken nach Ablauf der Zeit Weiterhin wird der Sollwert im Vergleich zu den anderen beiden Verfahren vom RDS am genausten erfasst Eine bertragungsverz gerung zwischen Sensor und HAC erscheint anhand dieser Testergebnisse sehr wahrscheinlich da das Ger t h here Werte anzeigt als die vom HAC Dargestellten 219 4 5 Ciclosport HAC5 mm u m E ec Li U e Ki ge gt En Q Vi OU UI 40 Zeit s Abbildung 293 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf Pl tzliches Anhalten Eine Untersuchung der Geschwindigkeit im zeitlichen Verlauf Abbildung 293 zeigt dass diese 3 s nach dem Anhalten auf Null abf llt Das Ger t reagiert damit sehr schnell auf die pl tzliche Geschwindigkeits nderung Eine Einschr nkung hinsichtlich der Aussagekraft dieser Abbildung muss allerdings bedacht werden Auch hier verl uft die Geschwindigkeit in linearer Form zwischen den Knickpunkten bei jeden vollen 20 Sekunden Bei 37 s dem Zeitpunkt des Anhaltens steigt die Geschwindigkeit zun chst weite
28. 187 Teststrecke 9 0 Abbildung 188 Teststrecke 9 1 angezeigte Strecken angezeigte Strecken Abbildung 187 und Abbildung 188 zeigen das Verhalten der Casio GPR 100 nach dem abrupten Anhalten in Br ckenmitte Wie zuvor schon beschrieben werden bei Signalunterbrechung keine weiteren Berechnungen durchgef hrt bis eine Positionierung wieder m glich ist W hrend dies bei der 35 m breiten Br cke des Messeschnellwegs zutrifft scheint der Empf nger der GPR 100 auf Teststrecke 9 0 unter dem nur 15 m breiten Fu g nger berweg noch Signale zu empfangen und so weitere Distanzen zu berechnen Teststrecke 10 0 pl tzliches Anhalten Teststrecke 10 0 soll das Verhalten von Geschwindigkeits und Entfernungsmessern bei pl tzlichem Anhalten und 30 sek ndigem Verweilen auf dem Haltepunkt darlegen Bei der Casio GPR 100 kommt es w hrend der gesamten Dauer von 30 Sekunden zu keinerlei Differenzen zu dem Wert der bei Erreichen des Haltepunkts angezeigt wurde siehe Abbildung 189 Dies verdeutlicht dass es weder zu einer versp teten Weitergabe der Werte an die Ausgabeschnittstelle noch zu einer Verz gerung durch Berechnungszeiten kommt Die wichtigste Erkenntnis ist allerdings dass die GPR 100 keine Positionen im Voraus berechnet da es sonst zumindest w hrend der ersten Sekunden noch zu Geschwindigkeits oder Entfernungsschwankungen gekommen w re u Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 189 Teststrecke 10 0 angezeigte Strec
29. 4 Garmin Forerunner 305 Auf beiden Strecken l sst sich nun auch noch das Verhalten der Strecken bei Signalabbruch untersuchen Auf Teststrecke 9 0 siehe Abbildung 236 verlaufen die Tracks aufgrund der leicht eingeschr nkten Sicht durch Geb ude auf der anderen Stra enseite der Weltausstellungsallee schon vor dem Signalabbruch parallel zur eigentlichen Sollstrecke Nach dem Erreichen der Br ckenmitte wird der Weg zun chst weiter vorausberechnet bevor er dann seitlich abdriftet In Abbildung 237 ist noch viel deutlicher zu erkennen dass es direkt nach Signalabbruch zu gro en Unsicherheiten kommt und dadurch fehlerhafte Koordinaten aufgezeichnet werden Bei dem relativ schmalen Fu g nger berweg kommt es teilweise noch zu Verk rzungen der Distanzen nach 30 Sekunden siehe Abbildung 238 Der Grund hierf r ist mit gro er Wahrscheinlichkeit eine zu optimistische Vorausberechnung die durch Empfang einzelner Signale wieder korrigiert wird Bei dem Vergleich der angezeigten Distanzen auf Strecke 9 1 in Abbildung 239 ist dies nicht der Fall Abbildung 236 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink Abbildung 237 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb aufgezeichneter Track gelb E Anhalten E Anhalten E nach 30 Sekunden E nach 30 Sekunden Abbildung 238 Teststrecke 9 0 Angezeigte Abbildung 239 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken Strecken 188 Geschwindi
30. Br cke des Messeschnellwegs die den Fu weg entlang der Hermesallee und damit die Teststrecke 9 1 berf hrt hat an dieser Stelle eine Breite von ca 35 m Hier kommt es zu zur besagten l ngeren Signalunterbrechung In Abbildung 233 l sst sich bez glich des aufgezeichneten Tracks ein anderer Effekt als auf Teststrecke 9 0 beobachten Ab dem Zeitpunkt der Unterbrechung kommt es zu Unsicherheiten Die Position wird zwar weiterhin vorausberechnet erf hrt aber anscheinend diverse St reinfl sse so dass es zu keiner linearen Pr diktion kommt woraus wiederum die dargestellten Querabweichungen resultieren Auch hier verringern sich die Abweichungen zur Sollstrecke nach Wiedererlangen des Empfangs recht schnell Abbildung 234 zeigt den typischen Geschwindigkeitsverlauf wobei ein Maximum mit anschlie endem Minimum kurz nach der vermeintlichen Signalunterbrechung zu erkennen ist Wie aus Abbildung 235 hervorgeht kommt es erneut zu einem sehr gro en H henunterschied der so auf Teststrecke 9 1 nicht vorkommt Allerdings kann man hier fast von einem falschen Ma stab sprechen da die u ere Form den tats chlichen H henverlauf der Strecke recht gut beschreibt Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 200 Weg m Abbildung 234 Teststrecke 9 1 Abbildung 235 Teststrecke 9 1 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf Durchlauf 187 4
31. Datum Uhrzeit und Standardsymbolen f r den Satellitenempfang sowie Stoppuhr F hrungs Speicherverwaltungs Timer Alarm und Weltzeitmen Nachdem die Initialisierung nach einer durchschnittlichen Dauer von 110 Sekunden abgeschlossen ist kann eine Entfernungs und Geschwindigkeitsmessung gestartet werden Casio gibt eine bliche Initialisierungszeit von 1 bis 2 Minuten an die w hrend der Tests an verschiedenen Standorten einige Male berschritten wurde Eingesetztes Messverfahren der GPR 100 ist die GPS Positionierung bzw Navigation Das Herzst ck der eingebauten Kombination aus GPS Antenne und Empf nger ist der verwendete uNav Chipsatz Dieser zeichnet sich nicht nur durch seine sehr geringe Gr e sondern vor allem durch die hohe Empfangsempfindlichkeit von 150 dBm aus ber die Verwendung von WAAS EGNOS Korrekturdaten l sst sich keine Aussage treffen obwohl folgender Satz darauf schlie en lassen k nnte Da diese Uhr auf den Empfang der Funksignale von k nstlichen Satelliten bezogen ist k nnen bestimmte Bedingungen ihren Betrieb beeintr chtigen Handbuch 4 3 2 Bedienung W hrend die mitgelieferte mehrsprachige Kurzanleitung 25 Seiten davon 5 in Deutsch in bersichtlicher Form die Grundlagen der Uhr die Nutzung des Ladeger ts und die Men s beschreibt k nnen alle weiteren Informationen dem Handbuch 350 Seiten davon 68 in Deutsch entnommen werden Dieses ist anschaulich mit vielen Bildern und rela
32. Diese ist auf 10 m begrenzt Eine Strecken nderung kann sich demnach abh ngig von der gelaufenen Geschwindigkeit nur in bestimmten zeitlichen Abst nden darstellen 60 30 Zeit s 20 10 A 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Weg m Abbildung 307 Teststrecke 10 0 Zeit Weg Diagramm Springen Das Diagramm Abbildung 307 zeigt dass nach dem Start ber gro e Teile der Strecke 10 s f r eine Teildistanz von 20 m ben tigt wurden Ist dabei ein Vielfaches von 40 m erreicht so wird dieser Wert f r 2 Speicherintervalle bernommen Hierauf beruhen die kurzen senkrechten Linienabschnitte Gegen Ende der Strecke wird ein 20 Meter Abschnitt innerhalb von k rzerer Zeit zur ckgelegt Geschwindigkeit steigt und das vorherige Intervall von 40 m f r die doppelte Streckenabspeicherung verringert sich zun chst auf 20 m und schlie lich 10 m Der Grafik kann entnommen werden dass demzufolge eine 10 m lange Strecke nach 2 s berwunden ist was einer Geschwindigkeit von 5 m s bzw 18 km h entspricht Da sich die doppelte Speicherung ab einer Strecke von 140 m auf 10 m reduziert hat und nach jeden 2 s dieser Weg bereits zur ckgelegt ist muss pro 10 m eine Zeit von 4 s vorgesehen werden Wegen der Aufzeichnungsgenauigkeit von nur 10 m k nnen diese nicht auf 2 Speicherpunkte aufgeteilt werden Daraus resultiert ein 18 km h schneller Wert w hrend der Nachfolgende O km h aufweist Tats chlich betr gt die Geschwindigkeit
33. Fahrradcomputer In erster Linie ist der HACS ein multifunktionaler Fahrradcomputer Der Lieferumfang ist dem entsprechend gestaltet Bei den Tests wurde die Exaktheit der Entfernungsmessungen auf zwei unterschiedlichen Strecken berpr ft Als Ergebnisse sind Genauigkeiten im Bereich zwischen 96 100 festzuhalten Die durchschnittlichen Werte liegen bei etwa 98 Zus tzlich ist als Kritikpunkt anzuf hren dass die angezeigten Werte auf dem Display des HAC5 zum Teil von den aufgezeichneten Werten abweichen Dieses Verhalten macht sich speziell wegen der hohen Geschwindigkeiten bei der Nutzung als Fahrradcomputer negativ bemerkbar Werden die gefahrenen Strecken den Aufzeichnungen der Uhr entnommen so lassen sich die Genauigkeiten um etwa 1 steigern da diese die Sollstrecken besser darstellen als die verz gerte Anzeige des HACS 240 4 Beschreibung der Ger te 4 6 Polar S625X Polar S625X Hersteller POLAR Bezeichnung Modell S625X Eingesetzte s Messverfahren Beschleunigungssensor Barometrische H henmessung Funktionen Distanz Geschwindigkeit H he Kalorienverbrauch Puls Uhrzeit Datum Stoppuhr Alarmfunktion Rundenfunktion Zielzonenfunktion mit Alarm Temperatur Trainingsprogramme Ma e BxHxT 47 x 54 3 x 15 mm Gewicht 58g Lieferumfang S625X Pulsmesser Brustgurt Laufsensor S1 Handbuch Deutsch Software CD Polar Pro Trainer Akkulaufzeit ca 2 Jahre Preis ca 380 4 6 1 Ger
34. Filterung der Werte so dass es in Kurven zu Drifts kommen w rde Dadurch wird der Radius der Kurve k nstlich vergr ert Aufgrund der statischen Berechnung der Distanz aus Koordinaten werden so scheinbar gr ere Wege zur ckgelegt Es ist jedoch unwahrscheinlich dass Werte durch die GPR 100 pr diziert werden da das Verhalten bei Unterbrechung der Messung sonst nicht zu erkl ren w re Die fehlerhaft bestimmten Entfernungen und die damit verbundene Verl ngerung des zur ckgelegten Wegs sind Unsicherheiten bei der Bestimmung der Koordinaten und den so entstehenden Querabweichungen zuzuordnen Lauf 4 weist eine zu kurz gemessene Strecke auf die h chstwahrscheinlich einer oder mehreren Signalunterbrechungen in Kurven zuzuschreiben ist Dadurch werden Distanzen ber die k rzeste Verbindung zwischen zwei Punkten berechnet 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Meter Abbildung 184 Teststrecke 8 0 angezeigte Strecken 159 4 3 Casio GPR 100 Teststrecke 9 0 9 1 Signalunterbrechung abbruch Auf den Teststrecken 9 0 und 9 1 sollte die Genauigkeit bei Signalabbruch bzw Signalunterbrechung untersucht werden Daf r wurden zwei verschiedene Br cken gew hlt die f r den gew nschten Effekt sorgen sollten siehe Teststrecken Die Tests werden in zwei Arten unterteilt Der Br cken bzw Tunneldurchlauf zur Simulation einer kurzzeitigen Signalunterbrechung und das Anhalten unter der jeweiligen Br ckenmitte
35. Gravitation der Erde der reflektierte Strahlungsdruck der Sonne sowie Gravitation von Sonne und Mond aber auch der atmosph rische Str mungswiderstand Die daraus entstehenden Bahnst rungen nennt man Orbitfehler aus denen dann neue Bahnparameter Kepler Parameter berechnet werden k nnen Die neuen hochgenauen Orbitparameter werden vom International GPS Service for Geodynamics IGS zur freien Verf gung angeboten b Satellitenuhrfehler Die Atomuhren der GPS Satelliten Genauigkeitsklasse 10 bis 10 laufen zwar sehr genau aber driften dennoch leicht Der geringf gig unterschiedliche Verlauf der Zeitkurve zur GPS Systemzeit kann durch ein Polynom 2 oder h herer Ordnung beschrieben werden F r hohe Genauigkeiten kann der Satellitenuhrfehler aus den Uhr Polynom Koeffizienten der vom Satelliten gesendeten Navigation Message berechnet und angebracht werden Die GPS Zeit selbst wird durch die Mittelbildung von Ablesungen einer Gruppe von Atomuhren bestimmt Empf ngerspezifische Effekte a Empf ngeruhrfehler Sind Satellitenuhr und Empf ngeruhr nicht exakt synchronisiert wird die Laufzeit falsch gemessen und eine falsche Pseudoentfernung zum Satelliten berechnet Es ist jedoch technisch und vor allem finanziell nicht m glich die Synchronisation der meist wesentlich ungenaueren Empf ngeruhren umzusetzen F r die Positionsbestimmung f hrt man zu den drei Koordinaten die ber einen r umlichen Bogenschnitt Kugelschnitt berech
36. Hinweg Zeit R ckweg Dateiname Bemerkung Hinweg m R ckweg m 90 5 pebatust ee inn 9083 reist n rgisrton kA SS gt O 159 4 111 05 114 15 hac01 txt hac02 txt RDS Hinweg 150 RDS R ckweg 140 159 4 113 94 116 21 hac03 txt hac04 txt RDS Hinweg 160 RDS R ckweg 150 L gt O vorwar urend Kleine Schritte RDS Hinweg 160 RDS R ckweg 170 80 52 RDS Hinweg 160 RDS R ckweg 160 30 ts le 159 4 67 16 RDS Hinweg 160 RDS R ckweg 160 159 4 68 97 78 17 RDS Hinweg 150 RDS R ckweg 160 Nr Ger t SE EE Sollstrecke Zeit Hinweg Zeit R ckweg Dateiname Bemerkung Hinweg m R ckweg m Polar 150 10 20 RDS Hinweg 10 RDS R ckweg 20 almae s s mi lr mal 625 pst itireer n O 1594 205 1088 rebrtauirebe eng SE eg Sollstrecke Zeit Hinweg Zeit R ckweg Dateiname Bemerkung Hinweg m R ckweg m 140 130 mo Ja 7266 polaorst poarozse o 75 54 76 69 RDS Hinweg 170 RDS R ckweg 150 140 77 71 RDS Hinweg 150 RDS R ckweg 160 130 Testhaus MZ Sollh he SE 117 keine H he ohne GPS trotz Barometer keine H he ohne GPS Messdachpfeiler RW mg steet P seiiteiblmt
37. Lauf 1 und 4 Lauf 1 Lauf 2 Lauf 3 Lauf 4 Sollh he 100 200 Strecke m Abbildung 385 Teststrecke 4 1 Relative H hen Bei Teststrecke 4 1 k nnen verglichen mit Strecke 4 0 keine Differenzen zwischen angezeigten und gespeicherten H hen festgestellt werden Abbildung 386 zeigt ein einzelnes H henprofil was einen Gesamth henunterschied von 12 m beschreibt Es treten jedoch teilweise etwas gr ere Schwankungen auf so dass die Kurve keinen linearen Anstieg aufweist Gleiches trifft auch auf alle anderen L ufe zu siehe Abbildung 387 132 110 108 106 Lauf 1 104 4 Lauf 2 H he m 102 Lauf 3 100 Lauf 4 98 Sollh hen 96 0 50 100 150 200 250 300 Weg m Abbildung 386 Teststrecke 4 1 Einzelner Abbildung 387 Teststrecke 4 1 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 270 4 Beschreibung der Ger te Um das Verhalten des H henmessers letztendlich noch unter m glichst geringem Einwirken von meteorologischen Einfl ssen zu testen wurde die Teststrecke MZ genutzt Diese befindet sich in vertikaler Anordnung im Treppenhaus des MZ Geb udes der Universit t Hannover Die Polar S625X wurde zun chst auf dem Anfangspunkt geeicht um einen Vergleich mit den absoluten Sollh hen zu erm glichen In Abbildung 388 werden die gemessenen H hen dargestellt Die Abweichungen liegen b
38. Pa 0 01 hPa 0 01 mbar 0 00001 bar Da der Luftdruck nicht nur von der H he sondern auch von Lufttemperatur geographischer Breite und in geringem Ausma auch von der Luftfeuchtigkeit abh ngig ist werden zur barometrischen H henmessung ausschlie lich Druckunterschiede gemessen Hierbei k nnen eben genannte sonstige Einfl sse eher vernachl ssigt werden und die reine H he aus den Luftdruck nderungen bestimmt werden 37 2 5 Barometrische H henmessung 2 5 3 Barometer Bei den Barometern gibt es zwei verschiedene Typen Fl ssigkeits und Dosenbarometer Fl ssigkeitsbarometer unterscheidet man in Heberbarometer und Gef heberbarometer Heberbarometer Gef heberbarometer Abbildung 20 Fl ssigkeitsbarometer Kahmen 1997 Die Heberbarometer bestehen aus einem Glasrohr was an einem Ende geschlossen und am anderen Ende U f rmig gebogen und nach oben hin offen ist siehe Abbildung 20 Das Quecksilber Hg wird in das luftleere Glasrohr eingef llt und durch den Druck der auf die Fl ssigkeit wirkt in einen bestimmten H henzustand gebracht Dieser Quecksilberstand kann an beiden Enden abgelesen und daraus die Differenz gebildet werden Dabei gibt es die M glichkeiten einen festen Ma stab oder einen verschiebbaren Ma stab zum Ablesen zu nutzen Die verschiebbare Skala kann an einem Ende auf den Nullpunkt gebracht werden so dass eine Differenzbildung wegf llt Gef heberbarometer funktionieren vom Prinzip her
39. Position Dilution of Precision berechnet wird Dieser gibt an wie hoch die Verringerung der Genauigkeit der Positionsbestimmung durch die Satellitenkonstellation ist Bei besonders vorteilhaften Verteilungen der Satelliten nimmt der einheitenlose PDOP kleine Werte bis zum Minimum von 1 an Ab einem Wert von 4 sind nur noch m ige Genauigkeiten zu erwarten und Messungen mit einem PDOP von gt 10 sind als unbrauchbar zu betrachten siehe Abbildung 5 11 2 1 GPS Global Positioning System Abbildung 5 Position Dilution of Precision PDOP Seeber 2003 Abh ngig von den Fehlereinfl ssen auf die Strecken und der Konstellation der Satelliten sind Genauigkeiten f r die Positionsbestimmung von ca 15 m ohne Korrekturdaten ca 1 3 m mit WAAS EGNOS Verbesserungen und ca 1 3 cm bei der Nutzung von Referenzdiensten z B SAPOS zu erwarten WAAS und EGNOS Beim nordamerikanischen WAAS System Wide Area Augmentation System und beim europ ischen EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service handelt es sich um eine Art Differential GPS Zusammen mit dem japanischen System MSAS Multi Functional Satellite Augmentation System werden sie als SBAS Satellite Based Augmentation Systems bezeichnet Alle Systeme wurden vor allem f r die Flugsicherung speziell f r Landeanfl ge bei schlechter Sicht entwickelt da hier die Genauigkeit von normalen GPS Messungen nicht ausreicht und Ausf lle oder eventuelle Fehler von
40. Satelliten rechtzeitig an den Empf nger bermittelt werden k nnen Daf r wurden GPS Referenzstationen sogenannte RIMS Ranging and Integrity Monitor Stations aufgebaut deren Position exakt bekannt sein muss Diese empfangen beide GPS Frequenzen und k nnen so nicht nur die reine Differenz zwischen tats chlichen und berechneten Stationskoordinaten berechnen sondern auch Informationen ber den Einfluss Laufzeitverz gerung der lonosph re auf das Signal ermitteln Durch die Positionsbestimmung ber mehr als 4 Satelliten k nnen zus tzlich noch Ausf lle oder Fehlfunktionen einzelner Satelliten abgeleitet werden Die Referenzstationen senden ihre Daten an ein Kontroll Rechenzentrum welches dann Langzeitfehler der Satellitenpositionen Kurz und Langzeitfehler der Satellitenuhren IONO Korrekturgitter und Integrit tsinformationen errechnet Besonders wichtig f r zivile Nutzer sind die Streckenkorrekturdaten welche durch die Signalverz gerung der lonosph re zustande kommen da diese den gr ten Einfluss auf die Genauigkeit hat Mit Hilfe der Daten aller Stationen kann hierf r ein lonosph renmodell IONO Korrekturgitter berechnet werden dessen Werte an bestimmte geostation re Satelliten z B INMARSAT 3 Satelliten ARTEMIS gesendet werden Diese befinden sich in einer H he von 36000 km 12 2 Technische Grundlagen ber Zentralafrika EGNOS und senden wiederum f r jeden GPS Satelliten ein GPS hnliches Signal was kompati
41. Sollstrecke pink Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 215 Teststrecke 3 0 Geschwindigkeitsverlauf Wie zu erwarten war wurden w hrend der L ufe stark variierende Geschwindigkeiten aufgezeichnet Abbildung 215 die bis zu 11 km h vom Mittelwert abweichen Der Vergleich zwischen Soll und Ist Geschwindigkeit offenbart allerdings nur eine sehr kleine Differenz von 0 01 km h Unter optimalen Bedingungen sollte eine Genauigkeit von 0 1 km h erreicht werden k nnen Das beispielhafte H henprofil in Abbildung 216 zeigt in der Form hnlichkeiten zu den auf vorangegangenen Strecken aufgezeichneten H henverl ufen Es werden hier zwar wieder gro e Schwankungen aufgezeigt wodurch H henunterschiede von ber 20 m zustande kommen allerdings wirkt die gesamte Kurve wieder leicht gegl ttet Gerade unter schlechten Bedingungen wie bei L ufen im Wald ist grunds tzlich mit schlagartigeren Schwankungen wie bei den Geschwindigkeitsverl ufen zu rechnen 179 4 4 Garmin Forerunner 305 Abbildung 216 Teststrecke 3 0 H henverlauf Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Teststrecke 8 0 bietet mit den verschiedenen Kurventypen pl tzlichen Spurwechseln sowie einer 180 Wende viele M glichkeiten zur Genauigkeitsuntersuchung u ae bertragung liliI 100 Abbildung 217 Teststrecke 8 0 Sollstrecke pink aufg
42. das Ger t in der N he der vorangegangenen Nutzung eingeschaltet wird Die finnische Herstellerfirma FRWD sprich Forward gibt als Ma f r die Initialisierungszeiten lt 60 Sekunden an Dies betrifft jedoch nicht das erstmalige Initialisieren berhaupt oder das Positionieren nach Ver nderung des Standorts um mehrere hundert Kilometer Die Einstellungen des Empf ngers Outdoor und Indoor Betrieb Ein und Ausschalten der optischen und akustischen Signale sowie diverse Trainingseinstellungen wie beispielsweise die maximale Herzfrequenz Alter usw k nnen nur mit Hilfe der mitgelieferten Software per Funk ver ndert werden Dazu dient der 2 4 GHz USB Dongle Als wichtigste Recorder Option kann im Programm auch das Aufzeichnungsintervall zwischen 1 6 Sekunden eingestellt werden Der interne 16 MB Flash Speicher eignet sich so bei einem Intervall von 6 Sekunden f r bis zu 60 Stunden Datenerfassung 10 Stunden bei 1 Sekunde Au erdem k nnen mit der Software FRWD Replayer PRO Trainings bzw Tracks und markierte Wegpunkte vom W600 zum PC Laptop bertragen und im Programm analysiert werden Prim res Messverfahren des FRWD W600 ist die GPS Postionierung bzw Navigation Es wird eine Kombination aus 12 Kanal Empf nger und GPS Antenne benutzt Bei Angabe einer Positionsgenauigkeit lt 3 m 90 der Zeit erscheint eine Verarbeitung von WAAS EGNOS Korrekturdaten als sehr wahrscheinlich wird aber nicht direkt angegeben F
43. der N he von Polen Durch die hohe Elektronendichte im Inneren dieser Schicht ist die lonosph re ein dispersives Medium das einen Brechungsindex zwischen O und 1 abh ngig von der Frequenz annehmen kann und so auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der GPS Tr gerwellen beeinflusst Entscheidend hierf r ist die Elektronendichte entlang des Ausbreitungsweges Einheit Total Electron Content Modellbildungen der lonosph re sind sehr komplex da das Medium lang und kurzzeitigen unregelm igen Ver nderungen vor allem durch Sonnenaktivit ten verursacht ausgesetzt ist Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des GPS Signals wird innerhalb der lonosph re langsamer was dementsprechend Auswirkungen auf die Berechnung der Pseudoentfernungen hat Durch den Einsatz einer speziellen 2 1 GPS Global Positioning System Linearkombination von Phasenmessungen Kombination von L4 und L Messungen l sst sich dieser Einfluss jedoch eliminieren Die Troposph re ist ein nicht dispersiver Teil der Atmosph re der sich zwischen der Erdoberfl che und ca 9 km H he befindet Sie wird unterteilt in einen sehr genau modellierbaren trockenen und einen schwerer modellierbaren feuchten Anteil Der Einfluss des trockenen Anteils ist ca 10 mal gr er als der des feuchten Anteils und besonders in quatorialen Bereichen sehr hoch Abh ngig von der Wellenl nge werden Signale im GHz Bereich GPS Signale unterschiedlich stark gebrochen was eine Verlangsamung der
44. durch die relativ dicke Markierung mit Kreide auf dem Boden entf llt auf diese Weise Je feiner die jeweiligen Kontaktstellen auf dem Boden dargestellt werden umso genauer l sst sich anschlie end der Reifenumfang bestimmen Des Weiteren ist es w hrend des Abrollvorganges wichtig dass die Reifen mit dem Gewicht des Fahrers belastet werden da sich hierdurch der Luftschlauch verformt und sich der Luftdruck im Inneren ver ndert Generell wirkt sich der Luftdruck im Schlauch auf den Reifenumfang aus Vor der Ausmessung des Umfanges ist dementsprechend immer zuvor der Luftdruck f r die anschlie ende Fahrt aufzubringen Es muss bedacht werden dass der Luftdruck im Laufe der Zeit ohne u ere Einfl sse auf Grund der Materialeigenschaften des Reifens sinkt Das Verhalten der Luft im Reifen kann mit der allgemeinen Zustandsgleichung eines idealen Gases Tipler amp Mosca 2006 gen hrt beschrieben werden p V m R T Formel 2 2 mit p Druck V Volumen m Masse Rs Spezifische Gaskonstante bei Luft Rs ur 287 mit J Joules und K Kelvin T Temperatur Aus Formel 2 2 wird deutlich dass der Luftdruck vom Volumen der Masse sowie der Temperatur abh ngig ist Da der Quotient aus Masse und Volumen der physikalischen Gr e Dichte p entspricht l sst sich das Gesetz ebenfalls beschreiben als Dap kr Formel 2 3 Der Luftdruck ver ndert sich folglich wenn entweder das Volumen und somit die Dichte der Luft oder die Temper
45. eher zu lang sind zeichnet sich bei den aufgezeichneten Werten ein anderes Bild ab Hier ist genau das Gegenteil der Fall s mtliche Distanzen sind zu kurz bemessen hnliches spielt sich nun auch bei den H hen ab Kommt es bei den angezeigten H hen noch zu gr eren Unsicherheiten bis zu 4 m ergeben sich aus den aufgezeichneten Werten ausnahmslos Abweichungen zur Sollh hendifferenz lt 2 m wie beispielhaft in Abbildung 383 dargestellt Auch der Vergleich aller L ufe in Abbildung 384 best tigt dies Laufl Lauf2 H he m N Lauf 3 Lauf 4 ze zb Sollh he 0 50 100 150 200 Weg m Abbildung 383 Teststrecke 4 0 Einzelner Abbildung 384 Teststrecke 4 0 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 269 4 6 Polar S625X Teststrecke 4 1 bietet eine gleichm ige Steigung bzw ein gleichm iges Gef lle ber eine l ngere Strecke von 259 m siehe Teststrecken Hier fanden weitere Genauigkeitsuntersuchungen statt Dabei wurden zwei H hen genau gemessen wodurch ein H henunterschied von 12 41 m zustande kommt An diesen zwei Stellen fanden daraufhin auch die Ablesungen statt Reduziert auf die Anfangsh he ergeben sich in Abbildung 385 Abweichungen zur Sollh he auf der Krone des Gipfels zu maximal 2 41 m Lauf 3 Dabei ist auch anzumerken dass das Aufl sungsverm gen f r H hen bei der S625X nur 1 m betr gt so dass es hier zweimal zur minimalen Abweichung von 41 cm kommt
46. ein pr zises Ergebnis notwendig dass die einzelnen Schrittl ngen m glichst genau festgestellt werden Der Fu bewegt sich f r gew hnlich in der Schwingphase des Laufens nicht exakt nach vorne in Laufrichtung sondern beschreibt zus tzlich Bewegungen zur Seite Diese Bewegungen sind vom individuellen Laufstil des Nutzers abh ngig und k nnen vom SpeedMax nicht korrekt erfasst werden da eine Beschleunigungsmessung quer zur Laufrichtung nicht erfolgt Eine exakte Modellierung der Seitenbewegung ist hier somit nicht m glich was zu kleinen Ungenauigkeiten bei der Schrittl ngenermittlung f hrt Um diesem Fehler entgegenzuwirken l sst sich der Foot Pod ber eine Kalibrierung an den eigenen Laufstil anpassen Hierzu wird eine Strecke bekannter L nge z B auf der 400 Meter Laufbahn um einen Sportplatz gelaufen und anschlie end ermittelt das Ger t einen Kalibrierungsfaktor aus dem Verh ltnis der angezeigten Strecke zur Sollstreckenl nge Die Kalibrierungskonstante wird dann als Ma stabsfaktor auf die vom Foot Pod ermittelten Strecken angebracht um Fehler durch den individuellen Laufstil m glichst gering zu halten Nach SpeedMax White Paper betr gt die Genauigkeit der Distanzermittlung ungef hr 97 unkalibriert und nach erfolgter Kalibrierung ca 99 Allerdings bezieht sich der so erhaltene Kalibrierungsfaktor nur auf die tats chlich gelaufene Geschwindigkeit w hrend des Kalibrierungslaufes Weichen bei sp teren L ufen die Geschwi
47. end die aufgezeichneten Strecken Wegpunkte usw bertragen Wie in Abbildung 192 ersichtlich wird k nnen hier in bersichtlicher Form Trainings aufgerufen und nach Datum sortiert werden Au erdem wird der aufgezeichnete Track dargestellt wobei Aufl sung und Inhalt Details der Karte eher unbefriedigend sind Abhilfe schafft kostenpflichtiges Kartenmaterial was hier nicht weiter untersucht werden soll Insgesamt enth lt die Software aber nur wenige Einstellungsm glichkeiten 4 4 3 Tragekomfort Das Gesamtgewicht der einzelnen Komponenten betr gt gerade einmal 149 g wobei der Forerunner selbst mit 75 g sogar weniger wiegt als vom Hersteller angegeben ca 77 g Das Ger t liegt gut am Arm und ist nicht zu schwer Um das Display abzulesen muss man den Arm etwas mehr zu sich drehen als dies bei einer normalen Armbanduhr der Fall ist was jedoch nicht wirklich als st rend beschrieben werden kann W hrend die Uhr f r Unterarme mit geringem Umfang etwas sehr gro wirkt besteht die M glichkeit f r Unterarme mit gro em Umfang einen Teil des Armbands durch die mitgelieferte Armbandverl ngerung zu ersetzen und so ein 2 cm l ngeres Band zu erhalten Insgesamt ist der Forerunner 305 sehr bequem zu tragen und kann unter Umst nden auch zeitweise eine normale Armbanduhr ersetzen ohne dabei st rend zu wirken Der Pulsmesser 74 g liegt mit seinem verstellbaren und elastischen Band gut an der Brust an Umfang von ca 63 86 cm 166
48. he von benachbarten Radar oder Funkanlagen oder auch nahe Hochspannunsgsleitungen kann es dadurch zu Problemen in Form von nicht ben tigten Informationen kommen Auch die Umgebung verursacht Rauschen Speziell in Bodenn he kommt es zu sogenannten Cluttersignalen St ndig werden kleine falsch reflektierte oder an Objekten gestreute Echosignale Clutter empfangen welche die eigentliche Radarwelle berlagern Diese Interferenzen k nnen mit dem Einsatz von Filtern zum gro en Teil unter dr ckt werden Einen weiteren negativen Einfluss auf die Radarwellen hat die Atmosph re Die von der Sendeantenne abgestrahlte Energie wird frequenzabh ngig durch Regen Nebel Wolken und Schnee sowie turbulente Luftverh ltnisse Boden und Wasser in Erdoberfl chenn he unterschiedlich stark ged mpft gebrochen oder reflektiert Speziell bei der Ortung werden durch die Brechung die Informationen ber Zielrichtung und Entfernung verf lscht Die D mpfung bewirkt dabei eine Reichweitenverminderung des Radars die an Grenzen unterschiedlicher Luftdichte hervorgerufene Brechung besonders im bodennahen Bereich erm glicht hingegen berreichweiten Bei den CW Radaren hat haupts chlich der Richtungswinkel vom Sender zum reflektierenden Objekt Einfluss auf die Genauigkeit Wie bereits oben beschrieben l sst sich auf Grund der Formel 2 7 f r die Dopplerfrequenzverschiebung die Radialgeschwindigkeit am besten bestimmen wohingegen eine Messung zu rechtwink
49. jedoch nur 9 km h Anhand dieses Verhaltens l sst sich das Alternieren erkl ren Die doppelte Speicherung von Distanzen erfolgt wegen einer zu niedrigen gelaufenen Geschwindigkeit Es m ssten mehr als 10 m Strecke innerhalb von 2 s gt 18 km h berwunden werden damit eine einfache Auszeichnung der Werte erfolgt Das Verhalten ist das Resultat der Speicherungsmethode des HAC und hat somit keine Auswirkung auf die ermittelten Geschwindigkeiten bzw Strecken 226 4 Beschreibung der Ger te R ckw rtslaufen Im folgenden Test wird untersucht ob R ckw rtslaufen einen Einfluss auf die Genauigkeiten hat Das RDS wurde dabei entgegengesetzt der Bewegungsrichtung ausgerichtet u HAC E RDS kd Datei Meter 0 50 100 150 200 Abbildung 308 Teststrecke 10 0 angezeigte Abbildung 309 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Strecken R ckw rtslaufen Vergleich R ckw rtslaufen Die auf dem HAC angezeigten Strecken in Abbildung 308 weisen erneut mit einer Standardabweichung von 23 m eine hohe Variabilit t auf Der einer Genauigkeit von 85 in Bezug auf die tats chliche Strecke entsprechende Mittelwert liegt bei 136 m Die Genauigkeiten der Einzelmessungen betragen zwischen 63 und 100 Mit R ckw rtslaufen lassen sich zum Teil sehr gute aber auch mangelhafte Ergebnisse ohne ersichtlichen Grund erzielen In der Tabelle sind die Unterschiede zwischen den drei Ausgabemethoden aus Abbildung 309 zahlenm ig bes
50. m gerade 13 m auf beiden Seiten gt 17 mittel bis fest Schotter gro e gleichm ige H henunterschiede GPS mit H he Barometrische H henmessung 53 3 3 Beschreibung der Teststrecken Google Quelle Google Earth Mit Hilfe der Tests auf Strecke 4 1 soll erneut die Genauigkeit der absoluten und relativen H hen berpr ft werden Mit einer L nge von 259 m und einem H henunterschied von 12 m ca 5 wird hier ein gleichm iger Abstieg bzw Aufstieg simuliert da der Rundweg siehe Abbildung an jeder Stelle den gleichen Neigungswert annimmt Es handelt sich um den gleichen k nstlich angelegten H gel wie bei Teststrecke 4 0 nur dass hierbei eine l ngere Distanz zur ckgelegt wird So k nnen die von den Ger ten gemessenen Distanzen bzw deren Genauigkeiten untersucht werden L nge 259 m Verlauf komplett kurvig Steigung 12 m 5 Untergrund mittel bis fest Schotter Besonderheiten gleichm ig ber die Strecke verteilter H henunterschied Funktionsprinzipien GPS mit H he Barometrische H henmessung 54 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Diese 400 m lange Teststrecke befindet sich direkt am Ostufer des Maschsees in Hannover Die beliebte Maschseepromenade ist Anlaufort f r viele Spazierg nger Radfahrer L ufer usw Die Strecke verl uft parallel zum Rudolf von Benningsen Ufer Stra e wobei sich der Startpunkt am n rdlichen Ende der Zielpunkt am s dlichen Ende
51. man die Anzahl der einzelnen Radumdrehungen aufsummiert wobei der Radumfang genau der bei einer Radumdrehung gefahrenen Strecke entspricht An einer Speiche wird dazu ein Mitnehmer befestigt welcher beim Drehen des Rades ber ein Getriebe das mechanische Z hlwerk weiterstellt Das zwischengeschaltete Getriebe mit seiner speziell auf die Gr e des Rades eingestellten bersetzung ist daf r verantwortlich dass das Z hlwerk synchron zur tats chlich zur ckgelegten Wegstrecke arbeitet und dadurch die korrekte Kilometerzahl anzeigt In den meisten F llen ist die bersetzung des Getriebes dabei nicht ver nderbar wodurch ein Zyklometer immer nur mit einer speziellen Reifengr e kombinierbar und funktionst chtig ist Mechanische Tachometer stellten eine Weiterentwicklung des einfachen Zyklometers Kilometerz hlers dar denn nun lie sich neben der gefahrenen Strecke auch die Momentangeschwindigkeit anzeigen Hierzu wurde die Anzeigeeinrichtung am Lenker direkt ber eine mechanische biegsame Welle mit einem Aufnehmer an der Vorderradachse verbunden Wie das Zyklometer ist auch das mechanische Tachometer nur f r eine spezielle Radgr e ausgelegt hnlich wie bei dem reinen Kilometerz hler wurden auch bei den speziell f r Fahrr der ausgelegten Zyklometern im Laufe der Zeit die mechanischen Bauteile zunehmend zun chst durch elektromechanische und dann durch elektronische Bauelemente ersetzt In den 1980er Jahren kamen die ersten Fahrra
52. mm abweicht so ergibt sich ein Fehler von 0 24 Bei einer Radtour von 50 km entspricht das einem Fehler von nur 120 Metern In Bezug auf die Geschwindigkeit ist die Auswirkung der Abweichung noch geringer Durch die Verf lschung f hrt man beispielsweise 35 0875 km h statt 35 km h Abh ngig von der Anzeigegenauigkeit des Displays macht sich der Fehler bei einer angezeigten Nachkommastelle gerundet mit 1 10 km h bemerkbar Neben dem Reifenumfang k nnen auch andere eher zuf llige und selten auftretende Einfl sse die Ergebnisse des Fahrradcomputers negativ beeintr chtigen Dazu geh ren Aussetzer bei der Funk bertragung zwischen Sensor und Computer welche h ufig in der N he von Starkstromleitungen auftreten Auf rutschigen Untergr nden kann es au erdem zu Schlupf kommen so dass die zur ckgelegte Strecke nicht vollst ndig registriert wird 22 2 Technische Grundlagen 2 3 Radar 2 3 1 Einleitung Radar ist die Abk rzung f r den englischen Ausdruck radio aim detection and ranging welcher w hrend des Zweiten Weltkrieges entstand und auf Deutsch etwa soviel wie Funkerkennung und Entfernungsmessung von Flugzielen bedeutet Dabei handelt es sich um ein auf elektromagnetischen Wellen basierendes Ortungssystem Das Einsatzgebiet hat sich ber die Detektion von Flugzielen hinaus vergr ert weshalb heutzutage das aim meistens entf llt Von einem Sender werden ber eine Antenne Mikrowellen mit Wellenl ngen zwisc
53. n rdlich des Strandbads befindet siehe Abbildung Die Tests betreffen nur Ger te die zur ckgelegte Distanzen mit Hilfe von Radar bestimmen Besonders interessant ist das Verhalten bzw die Genauigkeit dieser Distanzen bei einer stark bewegten Umgebung Durch den belebten Weg k nnen gerade durch entgegenkommende Personen aber auch durch die B ume entlang der kompletten Strecke Unsicherheiten bei dem besagten Verfahren auftreten Der Streckenverlauf ist gerade und auch der Untergrund ist fest was andere Einfl sse auf die Genauigkeit m glichst klein halten sollte Die Tests wurden w hrend des Maschseefests durchgef hrt was die ohnehin schon belebte Promenade noch lebendiger machte 55 3 3 Beschreibung der Teststrecken L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 56 400 m gerade keine mittel bis fest Schotter Teer stark bewegte Umgebung Radar 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Weicher Untergrund Rasen Strecke in n rdliche Richtung ehemaliger Niederl ndischer Pavillon links Google Quelle Google Earth Um die Eigenschaften der Distanz und Geschwindigkeitsmessung der Ger te mit Beschleunigungssensor und Radarmessung auf weichem Untergrund zu testen wird die Teststrecke 6 0 genutzt Sie verl uft parallel zum Boulevard du Montreal unmittelbar neben dem ehemaligen EXPO Gel nde Hannover Mittelfeld Der weiche Untergrund beeinflusst den La
54. nicht betroffen zu sein 96 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit km h N CH H he m P 100 150 200 250 300 Weg m Weg m Abbildung 66 Teststrecke 9 1 Abbildung 67 Teststrecke 9 1 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf Durchlauf Auf beiden Strecken l sst sich nun auch noch das Verhalten der Strecken bei geplantem Signalabbruch untersuchen W hrend Abbildung 68 und Abbildung 69 einen der aufgezeichneten Streckenverl ufe zeigen k nnen die dazugeh rigen Werte aus Abbildung 70 und Abbildung 71 entnommen werden Bei den angezeigten Strecken ist zu erkennen dass diese nach den 30 Sekunden Standzeit einfach weiter vorausberechnet und so mit Ausnahme einer Messung gr er geworden sind Das Ausma der Pr diktion ist dabei abh ngig von der Geschwindigkeit vor dem Signalabbruch Die gr te Differenz zwischen der Distanz bis zur Tunnelmitte und der angezeigten Strecke nach 30 Sekunden ohne Signal besitzt der dritte Wert siehe Abbildung 71 welcher auch beispielhaft in Abbildung 69 dargestellt ist Hierbei wurden 64 m vorausberechnet Zum Vergleich Beim zweiten Lauf war die Geschwindigkeit vorm Signalabbruch 0 2 km h niedriger als beim dritten Lauf wodurch 40 m weniger insgesamt 24 m pr diziert wurden Betrachtet man die Geschwindigkeitsverl ufe ber die Zeit so stellt Abbildung 72 den Normalfall dar Nach dem Signalabbruch kommt es noch zu einigen Unsicherheiten und fehlerhaften Vorau
55. nicht ihrer tats chlichen L nge entsprechend erfasst Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit fe in m E 4 nm U a oo CH E 3 A e Q L U dal 40 Zeit s Abbildung 377 Teststrecke 10 0 zeitlicher Geschwindigkeitsverlauf beim R ckw rtslaufen 267 4 6 Polar S625X Vorfu lauf und Walken Vergleicht man in einem weiteren Test Vorfu lauf mit Walken so treten hnliche Ergebnisse auf wie sie in den beiden folgenden Diagrammen dargestellt sind 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 Meter Meter Abbildung 378 Teststrecke 10 0 angezeigte Werte Abbildung 379 Teststrecke 10 0 angezeigte Vorfu lauf Werte Walken Beide Laufstile f hren erneut zu verk rzt angezeigten Strecken wobei die Mittelwerte vom Test Vorfu lauf mit 150 m und 156 m aus der Datei den Sollwert 159 m deutlich besser erreichen als die beim Walken erhaltenen Durchschnittswerte 135 m und 141 m Datei Folglich werden beim Walken mit 85 bezogen auf die angezeigten Werte schlechtere Streckengenauigkeiten erreicht als 94 ohne Abrollen Obwohl w hrend des Walkens wie in Abbildung 381 zu sehen ist eine sehr konstante Geschwindigkeit eingehalten und aufgezeichnet wurde kann die Strecke wegen des schnellen Bewegungsablaufs und damit verbundenen andersartig wirkenden Beschleunigungen bei diesem Laufstil nicht pr zise wiedergegeben werden 18 1
56. oder Skifahren Best 2005 Reine CW Ger te k nnen keine Entfernungen messen F r diesen Zweck kam es zu einer Weiterentwicklung hin zu den sogenannten FMCW Radarger ten frequency modulated continuous wave Moduliertes Dauerstrichradar Nach einem bestimmten Muster ndert sich st ndig die Frequenz des ausgehenden Signals wodurch sich neben der Relativgeschwindigkeit auch die Entfernung zum Ziel bestimmen l sst FM CW Radarger te kommen immer dann zum Einsatz wenn die zu messenden Distanzen nicht allzu gro sind und es vor allem auf eine kontinuierliche Entfernungsmessung ankommt da im Gegensatz zu den Pulsradaren ununterbrochen Messwerte geliefert werden U a beruhen Abstandswarnger te in Autos oder Flugzeug H henmesser auf diesem Verfahren 28 2 Technische Grundlagen 2 3 5 Frequenzbereiche F r Radarmessungen kommen elektromagentische Wellen im Frequenzbereich von ca 30 Megahertz bis zu ca 98 Gigahertz GHz zum Einsatz Manche Frequenzen werden dabei f r spezielle Anwendungen bevorzugt derzeit wird haupts chlich der Bereich zwischen 1 GHz und 100 GHz verwendet Die Wellenl ngen liegen somit zwischen einem Zentimeter und einem Meter Die folgende Grafik verdeutlicht wo der verwendete Wellenbereich im Spektrum elektromagnetischer Wellen einzuordnen ist Das f r den Menschen sichtbare Spektrum Licht 590 nm 550 nm SET 650nm 700nm harte nitllere weiche Utraviolett Infa
57. pr ziser bestimmt wodurch dieser Sprung auf 22 km h zu erkl ren ist Sehr sch n zu sehen ist dieser Fall auch in Abbildung 36 Vor der Kurve weicht der Track noch stark von der Sollstrecke ab doch sofort nach Verbesserung der Empfangsbedingungen kommt es zu einer Anpassung woraus ein pl tzlicher Geschwindigkeitszuwachs hervorgeht Abbildung 35 Fu g nger berweg Abbildung 36 Kurve im s dlichen Teil 82 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 37 Teststrecke 2 0 H henverlauf Das H henprofil welches in Abbildung 37 dargestellt ist scheint von den h heren Variationen der Werte durch eingeschr nkte Sicht nicht betroffen zu sein obwohl die H henkomponente per GPS normalerweise wesentlich ungenauer bestimmbar ist als die Lagekoordinaten M glicherweise wird hier bereits der barometrische H henmesser f r relative H henmessungen hinzugezogen der die absolute H he so stabilisiert Lediglich am Anfang der Aufzeichnung liegt die gemessene H he bei allen L ufen mindestens 10 m unter dem Niveau des gesamten Kurses 83 4 1 Garmin Edge 305 Teststrecke 2 1 eingeschr nkte Sicht durch B ume Auf Teststrecke 2 1 kam es durch B ume zu kontinuierlichen Abschattungen zu beiden Seiten der Allee Die angezeigten Strecken sind in Abbildung 38 visualisiert Der Mittelwert betr gt 1001 75 m und die Standardabweichung 4 92 m Es wird eine Streckengenauigkeit gt 99 erreicht d 2
58. r die H henkomponente ist zus tzlich ein barometrischer H henmesser im Recorder verbaut Dieser bernimmt die Bestimmung von H henunterschieden bezogen auf die per GPS ermittelte Anfangsh he was bedeutet dass lediglich zu Beginn der Messung 118 4 Beschreibung der Ger te eine absolute H he durch Satellitenpositionierung stattfindet Anschlie end werden nur noch relative H hen durch barometrische H henmessung ermittelt 4 2 2 Bedienung Beim FRWD W600 ist keine gedruckte Bedienungsanleitung im Lieferumfang enthalten stattdessen befinden sich jeweils ein Handbuch f r den Recorder und Pulsmesser 19 Seiten eine Kurzanleitung der Armbanduhr 9 Seiten und eine kurze Brosch re mit den technischen Daten in verschiedenen Sprachen Deutsch Englisch Franz sisch Spanisch Schwedisch und Finnisch auf der mitgelieferten CD Jedes dieser Teilhandb cher ist sehr bersichtlich und ansprechend mit vielen Bildern gestaltet Um den W600 nutzen zu k nnen empfiehlt es sich zuvor die kurze Anleitung durchzulesen da eine rein intuitive Bedienung nicht m glich ist Interessant sind dabei besonders die verschiedenen optischen und akustischen Signale sowie die Steuerung des Empf ngers ber die Bedientaste Sobald man das System verstanden hat ist die komplette Bedienung sehr leicht und durch die wenigen Einstellungsm glichkeiten auch v llig unkompliziert Doch gerade dadurch besteht nat rlich auch nicht die M glichk
59. te Teststrecke 9 0 9 1 Signalunterbrechung abbruch Auf den Teststrecken 9 0 und 9 1 sollte die Genauigkeit bei Signalabbruch bzw Signalunterbrechung untersucht werden Daf r wurden zwei verschiedene Br cken gew hlt die f r den gew nschten Effekt sorgen sollten siehe Teststrecken Die Tests wurden in zwei Arten unterteilt Der Br cken bzw Tunneldurchlauf zur Simulation einer vor bergehenden Signalunterbrechung und das Anhalten unter der jeweiligen Br ckenmitte Bei letzterem ging es darum das weitere Verhalten der Ger te innerhalb von 30 Sekunden nach komplettem Signalabbruch zu analysieren a By BW E a Eug Su G rt SKI DE BC C o da d FE DAN all OPERETTE kK Sichth he 330 m W y a en d i u E ty BA ei e T e Ar D e Dy y image 9ROOTAeroWest j b D 4 2007 A C raeg gt j GKZD O Z Eurtoparlechnologies oogle u Abbildung 228 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb In Abbildung 228 wird einer der Tunneldurchl ufe dargestellt Bei keinem der aufgezeichneten Tracks kann eine Abweichung klar der Signalunterbrechung durch den Fu g nger berweg zugeordnet werden Betrachtet man jedoch den Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 229 so sieht man eindeutig ein Maximum an der Stelle der Signalunterbrechung Es scheinen hier weniger Querabweichungen als vielmehr Abweichungen in L ngsrichtung aufzutreten die man bei dem angezeigten Streckenverlauf kaum sehen
60. um einen Signalabbruch zu erzeugen Bei letzterem ging es darum das weitere Verhalten der Ger te innerhalb von 30 Sekunden nach diesem Signalabbruch zu analysieren Auf Teststrecke 9 0 scheint die vor bergehende Signalunterbrechung keinen gro en Einfluss auf die Genauigkeit zu haben wie man Abbildung 185 entnehmen kann Da sich die Sollstrecke auf 324 m bel uft k nnen bei den letzten beiden L ufen auch Rundungseffekte f r die nur 4 m zu kurz gemessenen Distanzen verantwortlich sein Beim zweiten Lauf kommt es h chstwahrscheinlich zu einer gr eren Querabweichung vor bzw kurz nach Unterbrechung der Messung so dass diese Entfernung zu lang bemessen wird Die angezeigten Strecken in Abbildung 186 Teststrecke 9 1 zeigen eine erstaunlich hohe Genauigkeit Alle Werte liegen sehr nah an dem Sollwert von 277 m was durch die optimalen Bedingungen vor und nach der Unterf hrung und den geradlinigen Verlauf der Strecke zu begr nden ist Kommt es nur zu Abweichungen in Laufrichtung oder zu einem kurzzeitigen Signalausfall wird so kein Teil des zur ckgelegten Weges bei der Berechnung unterschlagen 0 100 200 300 400 0 50 100 150 200 250 300 Meter Meter Abbildung 185 Teststrecke 9 0 Abbildung 186 Teststrecke 9 1 angezeigte Strecken Durchlauf angezeigte Strecken Durchlauf 160 4 Beschreibung der Ger te E Anhalten WB Anhalten E nach 30 Sekunden 0 50 100 150 200 0 50 100 150 Abbildung
61. w hrend der L ufe ist auch seine Reaktion auf ein pl tzliches Stehenbleiben von Interesse Nach einem abrupten Anhalten bei einer Distanz von 110 m wurde dazu die angezeigte Strecke notiert 30 Sekunden sp ter kam es zu einer erneuten Ablesung des Wertes E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 290 Teststrecke 10 0 Pl tzliches Anhalten angezeigte Strecken HAC Anhand der ermittelten Daten l sst sich erkennen dass sich die auf dem HAC angezeigten Strecken w hrend der Pause von einer halben Minute trotz Stehenbleibens vergr ern bzw in einem Fall verkleinern Die maximale Ver nderung umfasst dabei eine Gr enordnung von 60 m die anderen Wertepaare hingegen weisen Spr nge von 10 20 m auf Nur bei einer Messung bleibt die angezeigte Distanz auch nach den 30 s unver ndert Nach dieser Zeit werden im Wesentlichen Strecken von 100 m angezeigt also 10 m k rzer als der Sollwert 110 m 218 4 Beschreibung der Ger te E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 291 Teststrecke 10 0 Pl tzliches Anhalten gespeicherte Strecken Bei Betrachtung der aufgezeichneten Strecken stellt sich heraus dass sich diese nach dem Anhalten nicht ver ndern Der Test best tigt die Vermutung der Anzeigeverz gerung des HAC W hrend die endg ltigen Strecken in der Datei direkt beim Stehenbleiben endg ltig gespeichert werden ben tigt der HAC noch einige Zeit
62. wird Auch der getestete Sportcomputer RDS II von Ciclosport arbeitet nach dem Prinzip der Relativgeschwindigkeitsmessung mittels Radar zwischen Personen und Umgebungen 24 2 Technische Grundlagen Abbildung 9 Radargeschwindigkeitsmessung Funktionsprinzip RSS Sonic Instruments Eine weitere Einsatzm glichkeit ist die Verwendung eines Radar Bewegungsmelders um z B beim Eintreten in den Erfassungsbereich des Bewegungsmelders T ren zu ffnen oder als automatische Lichtschalter zu dienen Im geod tischen astronomischen und milit rischen Bereich wird Radar f r Fernerkundungszwecke Abbildung 10 eingesetzt Mit Hilfe von Radarbildern lassen sich viele Objektinformationen auch ber gro e Entfernung hinweg gewinnen Abbildung 10 Radarfernerkundung Lohmann 2007 So wurden einige Planeten wie die Venus anhand solcher Bilder kartiert Da Radarstrahlung abh ngig von der Wellenl nge und den Objekteigenschaften u U Objekte durchdringen bzw in sie eindringen kann lassen sich zus tzliche Informationen erhalten 2 3 4 Funktionsprinzip Die bisher beschriebenen Verfahren arbeiten alle mit aktiven Sendern es handelt sich um sogenannte Prim rradare Daneben gibt es passive Systeme z B an Flugzeugen welche erst auf ein von einem Prim rradar empfangenes Signal reagieren und darauf hin ein eigenes Signal aussenden In dieser Antwort k nnen weitere Informationen wie Flugzeugidentifizierungsnummern kodiert sein Neben de
63. wodurch Informationen ber die Schrittdauer welche die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Standphasen beschreibt erhalten werden Die Vorw rtsgeschwindigkeit in der Sagittalebene w hrend eines einzelnen Schrittes wird ber einen Algorithmus mittels Integration ber die Zeit Schrittdauer errechnet Beschleunigung X Zeit Geschwindigkeit eine nochmalige Integration ber die Zeit liefert die Schrittweite Geschwindigkeit x Zeit Strecke Eine Summation der einzelnen Schrittweiten f hrt schlie lich zur insgesamt zur ckgelegten Distanz w hrend eines Laufes ber Funk werden die Ergebnisse an die Sportuhr bertragen welche die Daten anzeigt und speichert Eine hnliche Methode zur Schrittl ngenermittlung wendet das iPod Sport Kit von Nike an Der Sensor wird nicht wie der SpeedMax Chip auf dem Schuh befestigt sondern unter der Einlegesohle direkt im Nike Schuh an einer extra daf r vorgesehenen Stelle platziert Mit einem Adapter ist auch die Anwendung mit Schuhen anderer Hersteller m glich wobei der Sensor mit Hilfe des Adapters dann wieder auf dem Schuh befestigt wird Ein empfindlicher piezoelektrischer Beschleunigungsmesser misst die Zeit die Ihr Fu beim Gehen oder Laufen auf dem Boden verbringt Diese Kontaktzeit steht im direkten Verh ltnis zu Ihrer Geschwindigkeit Nike iPod Frequently Asked Questions Technical 2007 Wie bereits beschrieben h ngt die Schrittl nge stark mit der Schrittfrequenz zus
64. 0 100 150 200 Abbildung 284 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken Ausrichtung nach hinten Abbildung 285 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich Ausrichtung nach hinten Wie in Abbildung 284 deutlich erkennbar ist sind die Ergebnisse bei einer r ckw rtigen Anbringung des RDS am K rper sehr heterogen Das Verhalten spiegelt sich in der u erst hohen Standardabweichung von 55 m des Mittelwerts mit 85 m wider Wegen der hohen Streuung der Werte wurde der Test statt der blichen vier Messungen sechsmal ausgef hrt Das Ergebnis zeigt dass drei Messwerte bei ca 100 m liegen zwei mit Ausgaben von 10 und 30 m sehr kurz sind und einmal ein korrektes dem Sollwert von 159 m entsprechendes Resultat auftritt Die Messgenauigkeiten der Strecke liegen zwischen 6 im schlechtesten und 100 im besten Fall Der Mittelwert mit 85 m entspricht einer Genauigkeit von 53 3 215 4 5 Ciclosport HAC5 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit E mm t u x D I Kei E 3 A e Q Vi U dal Abbildung 286 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf Ausrichtung nach hinten In Abbildung 286 ist einen typischer Geschwindigkeitsverlauf veranschaulicht Da kontinuierlich auch ber die Zeit gesehen Geschwindigkeiten registriert wurden und keine Aussetzer vorhanden sind ist hier auf den ersten Blick kein Fehler ersichtlich der die deutlich zu
65. 0 Meter Meter Abbildung 181 Teststrecke 2 0 Abbildung 182 Teststrecke 2 1 angezeigte Strecken angezeigte Strecken 157 4 3 Casio GPR 100 Teststrecke 3 0 stark eingeschr nkte Sicht durch Wald Auf Teststrecke 3 0 Wald werden die Strecken hingegen zu kurz gemessen wie in Abbildung 183 deutlich wird Kommt es zu Signalunterbrechungen oder einem schwachen Empfang von GPS Signalen wird die Streckenberechnung laut Handbuch unterbrochen Erst wenn die Messung wieder m glich ist wird aus der neu ermittelten und der letzten gespeicherten Koordinate vor Signalunterbrechung die Strecke berechnet Dadurch kann es dazu kommen dass eine k rzere Verbindung zur Berechnung verwendet wird als die die tats chlich zur ckgelegt wurde In diesem Fall kommt es vermutlich zum Ende der Strecke zu wiederholten Signalausf llen wodurch Teile der Strecke nicht mit in die Berechnung der Gesamtentfernung einflie en 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 183 Teststrecke 3 0 angezeigte Strecken 158 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf F r die Untersuchung des Kurvenverhaltens und des Einflusses von Richtungs nderungen auf die Genauigkeit wurde Teststrecke 8 0 genutzt Bis auf eine Ausnahme in Abbildung 184 ergeben sich so Distanzen die ber die 1081 m Sollstrecke hinausgehen Ein vorstellbarer Grund daf r w re eine Vorausberechnung der Positionen bei Bewegung ohne anschlie ende
66. 0 Sekunden H he D Abbildung 249 Messdach H hengenauigkeit 192 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 4 0 4 1 H hen Zur Genauigkeitsbetrachtung der H hen wurde der Forerunner 305 auf Teststrecke 4 0 und 4 1 getestet In Abbildung 250 werden die relativen H hen reduziert auf die Anfangsh he dargestellt Die berquerung des k nstlich angelegten H gels siehe Teststrecke 4 0 verl uft recht gleichm ig weshalb hier zun chst einmal nur an signifikanten Stellen sowohl zur Einmessung der Strecke als auch bei den Tests H hen gemessen bzw abgelesen wurden Es kommt dabei meist nur zu kleineren Abweichungen von jeweils 1 2 m ausgenommen Lauf 3 20 cb Lauf 1 zc Lauf 2 hr Lauf 3 Lauf4 reduzierte H he m 1 Sollh he Strecke m Abbildung 250 Teststrecke 4 0 Relative H hen W hrend Abbildung 251 einen einzelnen typischen H henverlauf aus den aufgezeichneten Werten aufzeigt werden in Abbildung 252 alle 4 L ufe in einem Diagramm kombiniert mit der relativen Sollh he dargestellt 110 20 108 106 104 102 100 98 96 94 92 90 Lauf 1 Lauf 2 H he m Lauf 3 Lauf 4 Sollh he 0 50 100 150 200 250 250 Weg m 5 Abbildung 251 Teststrecke 4 0 Einzelner Abbildung 252 Teststrecke 4 0 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 193
67. 0 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 206 Teststrecke 2 1 Angezeigte Strecken E Datei u Feldbuch 800 1000 1200 Abbildung 207 Teststrecke 2 1 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Die Analyse der aufgezeichneten Daten erscheint besonders interessant Hier zeigt sich das alle L ufe mit einer Distanz von 1000 m registriert wurden siehe Abbildung 207 Fraglich ist aber warum gerade die beiden L ufe so hohe Differenzen aufweisen die in S d Nord Richtung durchgef hrt wurden Eine m gliche Ursache ist eine erh hte Berechnungszeit und die daraus resultierende zeitverz gerte Anzeige Weiterhin kann man dem Diagramm auch einen Fall von Aufrundung entnehmen Lauf 4 oben Sollstrecke und tats chlich aufgezeichnete Strecke fallen meist direkt zusammen oder verlaufen wenige Dezimeter nebeneinander siehe Abbildung 208 Die maximale Querabweichung betr gt ca 13 13 m wobei diese Gr enordnungen sonst eher ausbleiben Scheinbar werden die GPS Signale durch die Laubb ume nur leicht abgeschw cht und sind mit Empf ngern mit h herer Eingangsempfindlichkeit SiRFstarlll im Forerunner 305 wohl fast problemlos zu empfangen 1 5 4 4 Garmin Forerunner 305 D Image t0D0 iere est i PN r 2007E ropa Technologies x H BR oogle x Zeiger 32 U 548446 23 m O 5804085 f52 m N H he 54m bertragung MITTEN EZ Sichth he 358 m Abbildung 208 Teststrecke 2 1 Sollstrecke pink
68. 0 600 800 1000 1200 Abbildung 223 Teststrecke 8 0 Angezeigte Strecken E Datei E Feldbuch 1000 1250 Abbildung 224 Teststrecke 8 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 183 4 4 Garmin Forerunner 305 Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Sollgeschwindigkeit 0 250 500 750 1000 1250 weg m Abbildung 225 Teststrecke 8 0 Abbildung 226 Pl tzliche Signalverbesserung Geschwindigkeitsverlauf In Abbildung 225 wird der Geschwindigkeitsverlauf ber die gesamte Strecke dargestellt Es kommt zu Schwankungen von mehreren km h wobei der Vergleich zwischen Soll und Ist Geschwindigkeit nur eine Differenz von 0 05 km h aufweist Auff llig ist besonders das Minimum im letzten Teil des Verlaufs Hier kommt es zu einer fehlerhaften Koordinatenbestimmung wie in Abbildung 226 zu sehen ist Die daraus bestimmte Strecke wird kleiner wodurch sich im Endeffekt auch die Geschwindigkeit verringert Das in Abbildung 227 beispielhaft dargestellte H henprofil das die Topographie der Teststrecke 8 0 recht gut beschreibt f llt durch die wenigen sprunghaften Ver nderungen erneut ins Auge Dies unterstreicht die Vermutung dass beim Forerunner 305 ein spezieller H hengl ttungsfilter zum Einsatz kommt 1 1000 1200 Abbildung 227 Teststrecke 8 0 H henverlauf 184 4 Beschreibung der Ger
69. 00 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Weg m Abbildung 350 Teststrecke 8 0 Geschwindigkeitsverlauf Der Streckenverlauf auf dem EXPO Gel nde l sst sich anhand der Geschwindigkeitsentwicklung in Abbildung 350 gut nachvollziehen In den Kurven wurden etwas geringere Geschwindigkeiten als auf geraden Wegabschnitten registriert Der gezeigte Lauf beginnt am westlichen Startpunkt der Strecke 8 0 Nach ca 75 m tritt eine Drehung um 90 auf bei der die Geschwindigkeit von 11 32 auf 9 95 km h abf llt Kurz sp ter bei etwa 130 m wird in einer 180 Kurve abrupt die Laufrichtung gewechselt was ebenfalls wieder eine Geschwindigkeitsabsenkung mit sich f hrt Nach 330 m muss eine runde sehr enge Kurve durchlaufen werden danach folgen f r l ngere Zeit haupts chlich gerade Strecken Diese Teilst cke sind ber abgerundete leichte Kurven miteinander verbunden und werden bei der Geschwindigkeitsmessung kaum auff llig registriert Bei ungef hr 700 m f hrt die Strecke etwas bergab am Pavillon von Ungarn vorbei wodurch eine Beschleunigung auftritt w hrend am Ende des Gef lles bei 755 m aufgrund einer scharfen Kurve die Geschwindigkeit stark abf llt Auch die folgenden beiden Geschwindigkeitsminima k nnen eindeutig den letzten beiden Kurven der Teststrecke zugeordnet werden Auch auf dieser Strecke ist die Geschwindigkeit insgesamt sehr gleichm ig und bewegt sich in einem Intervall von 2 32 km h Die Minima in Abbildung 350 sind n
70. 00 400 600 800 1000 1200 21 5 22 0 tr 22 5 23 0 23 5 24 0 4 24 5 25 0 25 5 26 0 26 5 H he m Weg m Abbildung 267 Teststrecke 2 1 H henverlauf Anhand des H henprofils in Abbildung 267 l sst sich anschaulich der Unterschied zwischen absoluten und relativen H hen erl utern Die 4 m H henvariation zwischen Anfangs und Endpunkt beschreiben den Streckenverlauf korrekt Der Test wurde in der Zeit eines anhaltenden Hochdruckgebietes an einem sonnigen und warmen Tag durchgef hrt Ohne Eichung des barometrischen H henmessers wird dementsprechend eine deutlich geringere H he angezeigt da die Luftmassen einen h heren Druck auf das Barometer aus ben Die Teststrecke befindet sich etwa 50 m ber dem Meeresspiegel die H henmessung hingegen f hrte zu Ergebnisse von ungef hr 25 m Eine Variation des Luftdrucks hat in diesem Fall eine H hen nderung von 75 m hervorgerufen Teststrecke 5 0 bewegte Umgebung Die Geschwindigkeits und Entfernungsmessung erfolgt ber das RDS auf der Grundlage von Radarwellen Prim r wird die Relativgeschwindigkeit zwischen Sender RDS und reflektierender Umgebung meistens Boden ermittelt indem Dopplerfrequenzverschiebungen ausgewertet werden Bisher wurde auf ein unbewegtes Testumfeld geachtet um Fehlereinfl sse bei der Genauigkeit ausschlie en zu k nnen Teststrecke 5 0 ist hingegen ausgelegt die Auswirkungen von stark bewe
71. 01 9636 9554 tore01lgdbl txt foreo2tgdbl o SSES EES Edge edge_fahrrad_02 gdb txt mit Fahrrad oleae mi ml al a na mitfahread O Edge edge_fahrrad_04 gdb txt mit Fahrrad Sollstrecke Zeit Hinweg en m Edge 134 Edge 139 Edge 138 Edge 131 5 Forerunner 138 Forerunner 143 7 Forerunner 142 Forerunner 142 on on oO w 120 DEE BEE 0180 1220 m 134 139 138 131 138 143 142 142 140 130 140 140 130 120 130 130 w m Q a oa oa m o m m o m m 77 19 o m 71 11 m 73 42 EZ 73 19 19 190 19 o m o m o m m o m 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 142 Casio Casio 130 18 Casio 130 71 74 76 75 75 70 70 67 75 76 76 m 18 73 kA N e e e je e je e oa lun Ae lu In Ihe o N Ie 7 BEE EEE Ip tun elm l Ai N L U mg N LR ke eg i e e Bemerkung edge01 gdb txt Signal schwach edge02 gdb txt nach 20s Signal schwach edge03 gdb txt nach 30s Signal schwach edge04 gdb txt foreO1 gdb txt foreO2 gdb txt foreO3 gdb txt foreO4 gdb txt keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten frwdOS txt km nachtr glich Startpunkt markiert frwdO6 txt km nachtr glich Startpunkt markiert keine Daten keine Daten Batterie leer keine Daten keine Daten Z Z Sollstrecke e el Dateina
72. 2 5 Barometrische H henmessung ssssssessesserssersereresrrssersrersrrerererrsressresereserserere 37 2 5 1 EE i 37 2 5 2 Physikalische ET e ET 37 2 5 3 Zenn E 38 2 5 4 EN ee et 40 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 41 3 1 Erl uterungen zum Begriff Genauigkeit eseseesessseresresresrersrrerrrrrreresrersreerereee 41 3 2 Genauigkeitsanforderungen an die Ger te 43 3 3 Beschreibung der Teststrecken ee 45 4 Beschreibung e EE 71 4 1 EENEG 73 4 1 1 ETH 73 4 1 2 EAST ee ee ee el 75 4 1 3 VIE 1 ee ee ee EN 76 4 1 4 AEE lte e E 71 4 1 5 Messprinzip Fan SED nee 104 4 1 6 Messprinzip barometrische H henmessung ssssssssesssessersresrersresresseens 113 4 1 7 Zusammen IE ne ee ee ee 116 4 2 FRWD NEE 117 4 2 1 Ger tebeschreibung ssssssesseesrersresressrrsrrsrrrsresserserssreseesreesessersereserseee 117 4 2 2 Besteet 119 4 2 3 E E a E 120 4 2 4 De ae EE 121 4 2 5 Messprinzip barometrische H henmessung nennen 149 4 2 6 FAN SR en en 11 LEE 151 4 3 Ee RE E Al ee ee eier 153 4 3 1 Ger tebeschreibung nenne nnnennnnnnnnennnnenenenennnnennn nenn 153 4 3 2 DESEN ee 154 4 3 3 Toe e E 155 4 3 4 Pa eE e E A EE 156 4 3 5 Zusammen RE E 162 4 4 Garmin FOrer nner Eeer 163 4 4 1 EE ebe 163 4 4 2 BE ee een ee 165 4 4 3 Tarek EE 166 4 4 4 e gl ul EE EE 167 4 4 5 Zusammen N ana 195 4 5 CICIO DOTT Te 197 4 5 1 Ge ratepeschrelDUNE nee ee 197 4 5 2 Sit 199 4 5 3 Neen EEN 200 4 5 4 S E 201 4 5 5 NIESEN FO adcOmpUTET arr
73. 4 97 84 51 88 15 89 64 87 1 1 Forerunner 180 Forerunner 186 3 Forerunner 184 Forerumner Ae pel Edge je Edge 1m Edge Je Cie 10 Casio 160 m 160 1m 9 160 160 160 1m 160 m 180 186 184 176 166 172 169 140 160 170 160 170 170 160 160 160 170 160 160 160 N 8 81 8 81 34 81 31 kA N r je r Ie e je Ie ie gt O 0 IN IA U A U IN Ie O zl LI SE 81 52 33 mp 160 21 FRWD 160 82 83 83 83 A nnaltoan e INNO VITTO IMIT lt S NOK Anhalten in Tunnelmitte N Bemerkung foreO1 gdb txt foreO2 gdb txt foreO3 gdb txt foreO4 gdb txt edge01 gdb txt edgeodlgchl t U edge03 gdb txt edgeoAl gchl keine Daten Signal schwach keine Daten Signal schwach keine Daten Signal schwach keine Daten Signal schwach keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten keine Daten Z Zeit Sollstrecke ai S Dateiname Bemerkung BE m aol 23a 37 edge01 edgeo1 gdb txt edge02 gdb ri txt edge02 gdb Get ET ET edge03 gdb txt edge04 gdb za BE simmg ww 0 sa al 91 ragtmetre reg iclie Strecke Strecke Hinweg m Hinweg 2 x R ckweg 2 x Signal frwd03 EEE kml frwdOA txt km ee Irre Daten EH renne 2091 sa 201 20081 20619 foreot gdbl tt foreo2tgdbla o Forerunner sl al 2
74. 4 Beschreibung der Ger te 4 4 4 Messprinzip GPS Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen F r die Untersuchung der Genauigkeit der Distanz und Geschwindigkeitsmessung des Garmin Forerunner 305 wurde dieser zun chst auf der Referenzstrecke siehe Teststrecke 1 0 unter optimalen Bedingungen getestet Dabei wurden folgende Distanzen gemessen Meter Abbildung 193 Teststrecke 1 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m Aus den Werten in Abbildung 193 resultieren ein Mittelwert von 505 75 m und eine Standardabweichung von 2 49 m Als streckenabh ngige Genauigkeit kann dementsprechend ein Wert von mindestens 98 4 erreicht werden Garmin gibt eine GPS Geschwindigkeitsgenauigkeit von lt 0 05 m s bei optimalen Bedingungen an Dies macht umgerechnet eine Streckengenauigkeit von gt 98 2 aus Bei 500 m w ren also beispielsweise 509 m gerade noch im angegebenen Genauigkeitsbereich Da es sich in dieser Gr enordnung noch um eine kurze Strecke handelt sollten relative GPS Messungen auch ohne Korrekturdaten noch streckenabh ngige Genauigkeiten von gt 99 erreichen was bei zwei der vier L ufe auch der Fall ist u Datei u Feldbuch Abbildung 194 Teststrecke 1 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 167 4 4 Garmin Forerunner 305 Auff llig waren auch Unterschiede zwischen angezeigten und aufgezeichneten Werten siehe Abbildung 194 Die Abweichungen betragen in die
75. 50 Abbildung 56 Teststrecke 8 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 92 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 0 250 500 750 1000 1250 Weg m Google Abbildung 57 Teststrecke 8 0 Abbildung 58 Pl tzliche Signalverbesserung Geschwindigkeitsverlauf In Abbildung 57 wird der Geschwindigkeitsverlauf ber die gesamte Strecke dargestellt wobei es wieder zu einem Maximum kommt dessen Ursache dieselbe wie bei Teststrecke 2 0 ist Eine schlagartige Verbesserung der Empfangsbedingungen sorgt f r eine Korrektur der absoluten Position was zu einem Geschwindigkeitssprung in dieser Gr enordnung f hren kann Abbildung 58 zeigt den besagten Fall Hier kommt es zun chst noch zu Abschattungen durch den ehemaligen Niederl ndischen Pavillon links Die pl tzliche Korrektur wird durch den Verlauf des Tracks gelb ersichtlich Der in Abbildung 59 beispielhaft dargestellte H henverlauf weist erneut einen starken Sprung zu Beginn der L ufe auf Die auftretenden Variationen nehmen jedoch nur recht kleine Werte an Der weitere Verlauf entspricht daraufhin dem tats chlichen H henprofil auf dieser Strecke r T d 800 1000 1200 Abbildung 59 Teststrecke 8 0 H henverlauf 93 4 1 Garmin Edge 305 Teststrecke 9 0 9 1 Signalunterbrechung abbruch Auf den Test
76. 50 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 38 Teststrecke 2 1 Angezeigte Strecken E Datei u Feldbuch 1000 1200 Abbildung 39 Teststrecke 2 1 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Die Differenz zwischen aufgezeichnetem und angezeigtem Wert betr gt maximal 10 m siehe Abbildung 39 wobei der Edge Strecken ab 1000 m nur noch auf ganze 10 m anzeigt Alle aufgezeichneten Distanzen liegen bei exakt 1000 m Die Sollstrecke und die tats chlich aufgezeichnete Strecke fallen meist direkt zusammen oder verlaufen wenige Dezimeter nebeneinander siehe Abbildung 40 Die maximale Querabweichung betr gt ca 8 m wobei solche Gr enordnungen eher die Ausnahme darstellen Scheinbar werden die GPS Signale durch die Laubb ume nur leicht 84 4 Beschreibung der Ger te abgeschw cht und sind mit Empf ngern mit h herer Eingangsempfindlichkeit SiRFstarlll im Edge 305 wohl fast problemlos zu empfangen x ZEN Y i 2007 E T a N e CG T IPLA TTO E echnologies EN O 12007 AeroWest N O Q e Image Zeiger 32 00 548597 04m 5803926 60 m N H he 53m bertragung 1 100 Sichth he Avn Abbildung 40 Teststrecke 2 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb ll uu We pe T rm ll M Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 250 500 750 1000 1250 Weg m Abbildung 41 Tests
77. 59 m etwas k rzer Bei Radarger ten ist die Genauigkeit der Distanzmessung insbesondere bei unterschiedlicher Anbringung des Sensors seitlich oder nach hinten gerichtet zu untersuchen Andere Anbringungsorte sollen im Rahmen der M glichkeiten und der typischen Art und Weise der Nutzung auch bei Beschleunigungssensoren berpr ft werden Das Messverhalten und die Genauigkeit der besagten Sensoren sind bei r ckw rts zur ckgelegtem Weg genauso interessant wie bei Radarmessger ten Au erdem sind die verschiedenen Laufstile und Techniken f r die Streckengenauigkeit von Bedeutung Grunds tzliche Laufstile wie Gehen Walken und Springen sind hier genauso zu testen wie verschiedene Schrittweiten und Abrolleigenschaften beim Laufen Um eine zeitverz gerte Anzeige bertragung der Werte von Sensor zu Display bzw das Verhalten der Ger te nach abrupten Anhalten zu berpr fen wird nur ein Teilst ck der Strecke 110 m noch bis vor Tunnelbeginn zur ckgelegt Hier werden nicht nur Beschleunigungs und Radarmesser getestet 65 3 3 Beschreibung der Teststrecken sondern auch GPS Ger te Auf der kompletten Teilstrecke kommt es dabei zu keinerlei Abschattungen oder anderen St reinfl ssen L nge 159 m 110 m Verlauf gerade Steigung kaum ca 4 m Tunnelmitte Untergrund fest Pflaster Besonderheiten Verschiedene Lauftechniken stile Anbringungsorte Ausrichtungen pl tzliches Anhalten Funktionsprinzipie
78. 6 8 Z7 PELE 5 6 E 12 E 5 E Geschwindigkeit 3 Geschwindigkeit g 5 se 2 Istgeschwindigkeit 2 g Istgeschwindigkeit 8 Sollgeschwindigkeit 2 24 Sollgeschwindigkeit v LU 6 1 4 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 Weg m Weg m Abbildung 380 Teststrecke 10 0 Abbildung 381 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf Vorfu lauf Geschwindigkeitsverlauf Walken 268 4 Beschreibung der Ger te 4 6 5 Messprinzip Barometrische H henmessung Zur Untersuchung der Genauigkeit des eingesetzten barometrischen H henmessers wurden Tests im Au enbereich Teststrecke 4 0 und 4 1 sowie innerhalb eines Geb udes durchgef hrt Betrachtet man die H henprofile aus den Tests zuvor so f llt schnell auf dass diese keine gr eren Schwankungen aufweisen und die aufgezeichnete H he oft ber l ngere Zeitr ume stabil bleibt Das Barometer der Polar S625X ben tigt einen Referenzwert um Differenzdr cke messen zu k nnen F r die Bestimmung absoluter H hen muss also ein Bezugspunkt vorhanden sein der eine bekannte H he besitzt und mit dessen Hilfe der H henmesser zun chst kalibriert wird In Abbildung 382 wird der Startpunkt am Fu e des H gels als Referenzh he genutzt und ausschlie lich die notierten H henunterschiede betrachtet Auff llig ist hierbei zun chst dass s mtliche Distanzen fehlerhaft bestimmt wurden Abbildung 382 Teststrecke 4 0 Relative H hen W hrend die angezeigten Strecken
79. ARA ct a d f 32 U EE AA nie e Loge Jelli e 7 7 Ubeirtagunoph HIT HIAO OS Sichth he 945 m Abbildung 138 Teststrecke 8 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Abbildung 138 zeigt einen berblick ber die gesamte Strecke 8 0 Dazu wurde ein aufgezeichneter Track gelb beispielhaft ausgew hlt um ihn mit der Sollstrecke pink zu vergleichen Die Bedingungen f r den Empfang von GPS Signalen sind bei diesen Tests wieder besser da es selten zu gr eren Abschattungen kommt Dies zeigt sich auch in den aufgezeichneten Tracks Die Querabweichungen befinden sich wieder in einem kleineren Bereich bis maximal 8 m Au erdem nehmen s mtliche registrierte Strecken in der bersicht eine hnliche Gestalt an wobei es bei einem Lauf wieder zu einer nicht unerheblichen Verschiebung des Startpunktes kommt In Abbildung 139 wurde eine Kurve durch einen Punkt und damit durch eine 90 Drehung definiert Es kommt zu einer starken Gl ttung des Streckenverlaufs so dass letztendlich auch kein sichtbarer Unterschied mehr zu einer leicht abgerundeten Kurve wie in Abbildung 140 existiert Abbildung 139 90 Drehungen in einem Punkt Abbildung 140 Abgerundete Kurve 2 Punkte 134 4 Beschreibung der Ger te Keereag pr i a j CG 2 i s W sc aA VW SES A Google re L en EI Abbildung 141 Pl tzlicher Spurwechsel Abbildung 142 Stark abgerundete Kurve Der Spurwechsel in Abbildung 141 wird sogar so stark gegl ttet dass dieser ka
80. Abst nde zur Sollkoordinate in Abbildung 169 gr er Es ergibt sich ein Mittelwert der Abweichungen vom Sollpunkt von 4 36 m wobei sich die Werte in einem Bereich zwischen 3 76 m und 5 98 m bewegen Die Standardabweichung betr gt 0 54 m Deutlich wird vor allen Dingen dass sich die Position kaum ver ndert 146 4 Beschreibung der Ger te Sie besitzt dabei jedoch eine niedrige Pr zision Einen berblick ber dar ber erh lt man in Abbildung 170 Die Positionsgenauigkeit von lt 3 m die der Hersteller f r optimale Bedingungen voraussagt k nnen hier nicht eingehalten werden Wie sich schon bei den vorangegangenen Tests zeigte besitzt der FRWD W600 eine sehr variable Genauigkeit bei der Bestimmung von absoluten Werten SL fa DM Abbildung 170 Messdach Positionsgenauigkeit lt o Bei dem gleichzeitigen Vergleich der absoluten Sollh hen mit den gemessenen H hen in Abbildung 171 und Abbildung 172 erkennt man eine eindeutig falsch bestimmte Starth he Im ersten Fall beginnt die Messung bei 55 30 m w hrend die Anfangsh he im zweiten Fall mit 75 80 m registriert wird Obwohl es zuvor schon h ufig zu Unsicherheiten der H henbestimmung kam wurden noch nie negative H hen aufgezeichnet Merkw rdig ist vor allem dass die Armbanduhr des W600 w hrend der Tests eine sehr exakte H he anzeigte wobei es sich nicht nur um eine Umkehrung des Vorzeichens handelte 147 4 2 FRWD W600 0 20 40 60 w 5 ks 80
81. Anstieg von 2 3 H henmetern zum Ziel 116 5 ha 116 0 115 5 115 0 114 5 4 114 0 113 5 113 0 lt 112 6 112 0 4 1315 4 111 5 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 115 0 114 5 114 0 4 113 5 7 H he m H he m 113 0 112 5 112 0 4 Weg m Weg m Abbildung 346 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 347 Teststrecke 7 0 Schotter H henverlauf H henverlauf Referenzstrecke 8 0 Nachdem die S635X bisher ausschlie lich auf gerade verlaufenden Strecken getestet wurde folgt mit Teststrecke 8 0 ein sehr kurvenreicher Weg Besonders das Verhalten des Laufsensors w hrend der Kurven ist hierbei von Interesse 0 200 400 600 800 1000 1200 Meter Abbildung 348 Teststrecke 8 0 angezeigte Strecken Sollstrecke 1081 8 m Im Vergleich zu den bisherigen Strecken werden hierbei zum ersten Mal durchg ngig zu lange Strecken angezeigt Abbildung 348 Der mit einer Standardabweichung von 9 57 m recht genau ermittelte Durchschnittswert betr gt 1112 5 m und liegt somit deutlich mit 30 7 m ber der Sollstrecke Selbst die k rzeste Distanz 1100 m wird mit fast 20 m zu viel ausgegeben Die Streckenmessgenauigkeit des Sensors betr gt im schlechtesten 254 4 Beschreibung der Ger te Fall 1120 m 103 5 sie ist als au erhalb des von Polar angegeben Bereichs von 3 Der Mittelwert hingegen liegt mit 2 87 knapp innerhalb des genannten Intervalls
82. Ausbreitungsgeschwindigkeit zur Folge hat Entscheidend f r die Brechung des Signals ist dann vor allem noch die Elevation unter welcher der jeweilige Satellit zum Empf nger steht Je kleiner die Elevation desto gr er ist auch der Einfluss auf die Signalausbreitung Fermatsches Prinzip gt Der Weg den das Licht nimmt um von einem Punkt zu einem anderen zu gelangen ist stets so dass die ben tigte Zeit minimal ist Durch gegebene Standardmodelle der Troposph re kann dieser Einfluss auch weitestgehend eliminiert werden Kahmen 1997 b Multipath unreflected signals reflected signals Abbildung 4 Mehrwegsausbreitung kowoma 2007 Treffen nicht nur Signale die auf direktem Weg zur Antenne gelangen sondern bei ung nstigen Bedingungen auch vom Boden oder anderen Fl chen z B Hausw nden reflektierte Signale auf die Antenne entsteht die sogenannte Mehrwegausbreitung Multipath die in Abbildung 4 dargestellt ist Es entstehen Phasenfehler aus denen dann fehlerhafte Entfernungen zu den Satelliten resultieren Durch spezielle Abschirmeinrichtungen und oder durch l ngere Beobachtungszeiten ab 30 Minuten wird der Effekt vermindert 2 Technische Grundlagen Satellitenspezifische Effekte a Orbitfehler Satelliten bewegen sich auf fast kreisf rmigen Umlaufbahnen Orbits um die Erde Auf diese wirken jedoch verschiedene Kr fte wie z B die Inhomogenit t der Erde oder die Erd und Meeresgezeiten variierende
83. B bertragungskabel Dockingstation Steckdosenadapter f r UK Pulsmesser Brustgurt Armbandverl ngerung und Montagewerkzeug Ladeger t Kurzanleitung Deutsch Englisch Handbuch Deutsch Englisch Software CD Garmin Training Center Akkulaufzeit bis zu 10 Std Preis ca 348 4 4 1 Ger tebeschreibung Der GARMIN Forerunner 305 ist ein Geschwindigkeits und Distanzmesser der ausschlie lich das GPS System zum Aufzeichnen der Tracks und zur Berechnung und Anzeige der Distanzen und Geschwindigkeiten nutzt Er wird mit separatem Herzfrequenzmesser in Form eines Brustgurts geliefert Optional w re noch die Verwendung des GSC 10 Geschwindigkeits und Trittfrequenzsensors der haupts chlich in Verbindung mit dem Fahrradcomputer Garmin Edge 305 verkauft wird Die Stromversorgung des Forerunners wird durch einen Lithium lonen Akku sichergestellt der laut Hersteller f r bis zu 10 Stunden Betrieb ausgelegt ist Zum Laden des Akkus wird 163 4 4 Garmin Forerunner 305 die Dockingstation mit Mini USB Schnittstelle verwendet Dadurch kann das Ger t nicht nur durch Nutzung des mitgelieferten Ladeger ts Kabell nge ca 1 90 m sondern auch durch Anschluss an einen PC Laptop mittels USB bertragungskabel ca 1 10 m geladen werden Der Forerunner besitzt ein Monochrom Display ca 33 x 21 mm das neben Standardsymbolen f r Batteriezustand Satelliten Pulsmesser und Trittfregquenzmesserempfang verschiedenste Messwe
84. Bedingungen auf der Referenzstrecke siehe Teststrecke 1 0 getestet Die angezeigten Werte k nnen dem Diagramm in Abbildung 180 entnommen werden Daraus resultieren ein Mittelwert von 522 50 m und eine Standardabweichung von 19 20 m Die Streckengenauigkeit liegt bei gt 90 9 was sich schon unter optimalen Bedingungen weit unter der erwarteten Genauigkeit von gt 99 befindet Bei einer Marathonstrecke mit 42 km L nge ist so eine Unsicherheit von bis zu 4 km m glich Auff llig ist auch dass alle Strecken eher zu lang angezeigt werden 600 Meter Abbildung 180 Teststrecke 1 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m 156 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 2 0 2 1 eingeschr nkte Sicht durch Geb ude oder B ume Teststrecke 2 0 und 2 1 zeichnen sich durch eingeschr nkte Sichten aus Im ersten Fall werden diese durch Geb ude verursacht die zu jeder Zeit auf mindestens einer Seite des Kurses f r Abschattungen sorgen Im zweiten Fall kommt es zu einer dauerhaften Einschr nkung der Sicht durch direkt an die Strecke angrenzende B ume Verglichen mit der Referenzstrecke kommt es aber weder zu einer Genauigkeitssteigerung noch zu einem Genauigkeitsverlust siehe Abbildung 181 und Abbildung 182 In allen F llen kommt es zu Entfernungen die entweder der Sollstrecke entsprechen oder gr er als diese sind Die Streckengenauigkeit liegt dabei nur bei gt 88 6 0 200 400 600 800 1000 0 250 500 750 1000 1250 150
85. Die n chsten drei Richtungs nderungen sind durch mehrere gemessene Punkte realisiert und so quasi abgerundet Der s dliche Teil der Strecke siehe Abbildung besteht aus zwei pl tzlichen Spurwechseln bevor es dann zu einer lang gezogenen besonders abgerundeten Kurve ca 30 Messpunkte kommt Hiernach kommt es zu einer kompletten 180 Wende die in auf einem Punkt ausgef hrt wird Zuletzt folgen noch zwei leicht abgerundete Kurven die erneut durch zwei Koordinaten bestimmt sind Somit k nnen eine Vielzahl von verschiedenen Situationen simuliert werden Die Tests sind dabei f r alle Ger te relevant Der Empfang der Satellitensignale ist wenig bis gar nicht eingeschr nkt und auch sonst sollten keine weiteren u eren Einfl sse die Ergebnisse verf lschen L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 1082 m kurvig unterschiedlich wenige Meter fest Teer oder Pflaster Kurven pl tzlicher Spurwechsel und 180 Wende GPS Beschleunigungssensor Radar Fahrradcomputer 60 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests P Google Mit Hilfe von Teststrecke 9 0 soll das Verhalten von Geschwindigkeits und Distanzmessern die das Satellitenpositionierungssystem GPS nutzen bei Signalunterbrechung bzw kompletten Signalabbruch untersucht und gleichzeitig Aussagen zu den Genauigkeiten getroffen werden Die Strecke befindet sich direkt auf dem Fu weg entlang der Weltausstell
86. Feldbuch m 500 500 490 510 Feldbuch m 490 490 480 490 Datei m 522 500 482 511 Datei m 488 488 480 499 Bei beiden L ufen treten zum Teil wieder Abweichungen zwischen den angezeigten und aufgezeichneten Strecken auf Mit 22 m ist die erste Differenz beim Lauf auf Rasen auffallend gro er entspricht einer Abweichung von 4 4 zur Sollstrecke Dieser Wert ist aber als Ausrei er anzusehen da die anderen Zahlenpaare relativ gut zueinander passen Er kommt durch die Verz gerung der Anzeige zu Stande da sich der im Display abgebildete Wert vermutlich noch auf die 5 s zuvor gespeicherte Distanz von 493 m bezieht Damit bef nde sich der Unterschied im f r das Ger t blichen Abweichungsintervall von bis zu 10 m Abgesehen vom eben beschriebenen Ausrei er liegen hingegen insgesamt bei 5 L ufen die Werte aus der Datei und aus dem Feldbuch nur maximal 2 m auseinander Die gespeicherten Strecken auf Teststrecke 6 0 haben einen Mittelwert von 503 75 m was einer mittleren Abweichung von 0 75 entspricht Auf Schotter ergibt sich ein Durchschnittswert von nur 488 75 m Abweichung 2 25 Auch in den aufgezeichneten Werten zeigt sich somit eine h here Genauigkeit bei Messungen auf Rasen anstelle des Schotters Die Geschwindigkeiten bei beiden Strecken lassen sich schlecht miteinander vergleichen da die verschiedenartigen Untergr nde etwas andere Laufstile mit sich f hren 252 4 Beschreibung der Ger te
87. Idealbedingungen herrschten Im Anschluss daran sollte der Einfluss einzelner St rquellen auf die Genauigkeit untersucht werden Dabei war darauf zu achten dass immer nur eine dieser St rquellen isoliert auftrat Hierf r wurden verschiedene Teststrecken und andere Szenarien erkundet und exakt vermessen W hrend bei Ger ten mit GPS basiertem Messverfahren verschiedene Sichtweiten von Bedeutung waren sollten Beschleunigungs und Radarsensoren auf unterschiedlichen Untergr nden getestet werden Letztere wurden unter Verwendung verschiedener Laufstile und Techniken eingesetzt da die Bewegung des Nutzers selbst im Gegensatz zu Satellitenmessungen eine gro e Rolle spielt Um Ausrei ern vorzubeugen und zur Schaffung einer h heren Redundanz bei der Genauigkeitsbetrachtung wurden s mtliche Tests mehrmals durchgef hrt Aus den daraus gewonnen Erkenntnissen l sst sich nun zusammengefasst sagen dass sich grunds tzlich alle eingesetzten Messverfahren f r Geschwindigkeits oder Distanzmessungen eignen Die jeweiligen Genauigkeiten unterscheiden sich jedoch teilweise recht stark Ger te die GPS Messungen durchf hren liefern dabei prinzipiell die exaktesten Werte wobei auch der eingesetzte Beschleunigungssensor befriedigende Genauigkeiten erreicht Die Ergebnisse des Radarmessverfahrens was durch ein Ger t vertreten war k nnen hingegen nur als ausreichend bezeichnet werden Die Fahrradcomputer weisen gute bis sehr gute Genauigkeiten au
88. In einem weiteren Test wurde der Fahrradcomputer HACS einer Genauigkeitsanalyse auf einer kurvigen Strecke unterzogen Als Durchf hrungsort diente dabei die 1081 8 m lange Teststrecke 8 0 auf dem EXPO Gel nde 1200 Meter Abbildung 318 Teststrecke 8 0 angezeigte Strecken Fahrradcomputer HAC 232 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 318 verdeutlicht die auf dem Display des HAC angezeigten Strecken Es treten Werte zwischen 1060 m und 1080 m auf Diese entsprechen Streckengenauigkeiten von 98 100 Der Mittelwert betr gt 1067 5 m mit einer Standardabweichung von 9 6 m Im Durchschnitt lassen sich somit Genauigkeiten von 98 7 bezogen auf die Sollstrecke von 1081 8 m erreichen E Datei E HAC 1000 1250 Abbildung 319 Teststrecke 8 0 angezeigte und gespeicherte Strecken Fahrradcomputer HAC Wie Teststrecke 1 0 gezeigt hat ist der Vergleich zwischen den angezeigten und abgespeicherten Streckenwerten interessant In diesem Fall ergibt sich ein hnliches Bild Wieder entsprechen sich zwei Wertepaare exakt w hrend bei den anderen beiden die jeweils aufgezeichnete Strecke etwas gr er ist Aus der Datei ergeben sich die Werte 1070 m 2 mal 1080 m und 1100 m Diese entsprechen den Abweichungen 1 1 0 2 und 1 2 Als Mittelwert berechnet sich 1080 m Standardabweichung 14 1 m welcher die Sollstrecke im Rahmen der Aufzeichnungsgenauigkeit zu 100 richtig darstellt Zusammengefasst sind in der Dat
89. Lauf4 ya 134 Sollh hen 132 0 50 100 150 200 250 0 e S Weg m 3 0 50 100 150 200 250 300 Abbildung 328 Teststrecke 4 1 Einzelner Abbildung 329 Teststrecke 4 1 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 237 4 5 Ciclosport HAC5 Um das Verhalten des H henmessers letztendlich noch unter m glichst geringem Einwirken von meteorologischen Einfl ssen zu testen wurde die Teststrecke MZ genutzt Diese befindet sich in vertikaler Anordnung im Treppenhaus des MZ Geb udes der Universit t Hannover Der HAC 5 wurde zun chst auf dem Anfangspunkt geeicht um einen Vergleich mit den absoluten Sollh hen zu erm glichen In Abbildung 330 werden die gemessenen H hen dargestellt Die Abweichungen liegen bei durchschnittlich 1 14 m und die Standardabweichung betr gt 0 83 m W hrend zu Beginn der Messung noch keine Differenzen zum Sollwert auftreten sind es nach einem H henunterschied von 70 m bereits 1 bis 2 m Daraus resultiert eine Genauigkeit von gt 98 3 140 E Sollh hen H he m E Gemessene H hen Abbildung 330 Teststrecke MZ absolute H hen 238 4 Beschreibung der Ger te 4 5 7 Zusammenfassung Der HAC5 von CicloSport stellt einen gut ausgestatteten multifunktionalen Fahrradcomputer dar Die M glichkeit ihn in Kombination mit dem optionalen RDS Ger t auch bei anderen Sportarten zu nutzen f hrt zu gro er Vielseitigkeit Der L
90. Leibniz l Universitat Hannover Be f Joachim Niemeyer und Jonathan Reusse Untersuchung der Messgenauigkeit von Sportuhren mit Geschwindigkeits und Entfernungsfunktionen Betreuer Dipl Ing Frank Thiemann Pr fer Prof Dr Ing habil Monika Sester Untersuchung der Genauigkeit von Sportuhren mit Geschwindigkeits und Entfernungsfunktion 2007 Erkl rung Wir versichern dass wir diese Studienarbeit selbst ndig verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet haben Joachim Niemeyer Jonathan Reusse Inhalt 1 2 EINE CUNE ee ee ee ee nee 1 1 1 Vue e 1 1 2 Zielketzunge der ATDEI ee 1 1 3 Gliederung der Arbeit une 2 SEU 3 2 1 GPS Global Positioning System 3 ya el EI U ee ee ee 3 2 1 2 Geschichtliche ue EEN 3 SNE Segmentierung des E Systems nie 4 2 1 4 UA anie een en 6 ae Seege 7 2 1 6 FEN E 10 2 1 7 GPS Empf nger Funktionsweise amp Auzwertegang 14 2 2 Fan aC OE een 16 2 2 1 P N EE 16 s Se Geschichtiiche ae et TEE 16 Se Funktionsprinzip und Weiterentwicklungen nennen 18 2 2 4 Kale 20 2 3 RA e 23 233 Oe 23 2 3 2 Geschichtiiche ENTWICKIUNE deed 23 2 3 3 Anwendung pebioi sensan 24 2 3 4 FUNKEORSDIINZ ID BEE 25 2 3 5 Freq enzbereichE sisisssssrrssssrrrsdsronsren raske nns nr NAE ENE EEN ERRERREIERARER 29 2 3 6 P a 29 2 4 BESCHIEUNIELNPSSENS Dre RE 31 2 4 1 E O E 31 2 4 2 Geschichtliche er EE 31 2 4 3 Fnk UON BIETE ee 32 2 4 4 FESTEN USE E 36
91. Position Geschwindigkeit und Beschleunigung die Position zu einem beliebigen Zeitpunkt abgesch tzt pr diziert Nach Messung des Ist Zustands wird die pr dizierte Position Geschwindigkeit Beschleunigung ausgeglichen Man spricht auch von einer sequentiellen Ausgleichung Niemeier 2002 Zur Speicherung der Tracks zur ckgelegter Weg aber auch zur Anzeige der Distanz Geschwindigkeit k nnen weitere Filter meist nachtr glich angebracht werden Vorstellbar sind hierbei diverse Liniengeneralisierungsverfahren z B Sampling Douglas Peucker Algorithmus usw die Punkte die bezogen auf den zur ckgelegten Weg Track eine geringe Signifikanz aufweisen l schen oder in ihrer Lage verschieben Dies f hrt zu einer Gl ttung des Tracks was zu einer Genauigkeitssteigerung aber auch zu einem Genauigkeitsverlust beitragen kann abh ngig vom tats chlichen Weg und der Aufzeichnungsrate 15 2 2 Fahrradcomputer 2 2 Fahrradcomputer 2 2 1 Einleitung Mit einem Fahrradcomputer lassen sich verschiedene fahrdynamische Parameter erfassen und anzeigen Es handelt sich um ein elektronisches Messger t welches die Daten kontinuierlich w hrend der Fahrt registriert Sowohl die Geschwindigkeit als auch die zur ckgelegte Strecke k nnen von jedem Ger t angezeigt werden dar ber hinaus lassen sich je nach Ausstattung und Preisklasse des Fahrradcomputers aber auch eine Vielzahl anderer Daten erfassen Besonders interessant sind die e
92. TTFF Time To First Fix mit sich f hrt Das US Verteidigungsministerium als Betreiber des GPS Systems garantiert eine Signalst rke von 130 dBm gleichzeitig sind moderne Empf nger in der Lage Signale bis ca 160 dBm zu verarbeiten Falls das Signal also nur bis maximal 30 dBm abgeschw cht wird funktionieren besagte Ger te auch noch in st rker bewaldeten Gebieten oder sogar in Geb uden Zur Weiterverarbeitung ist die Kommunikation zwischen Empf nger und PC Laptop Ausgabeger t usw erforderlich Dabei wird das NMEA 0183 Protokoll verwendet dessen Standards daf r sorgen dass Daten im ASCII American Standard Code for Information Interchange jeweils von einem sendenden Ger t zu einem oder mehreren empfangenden Ger ten bermittelt werden Zur Navigation mit GPS werden verschiedene Beobachtungsmodi genutzt Dabei unterscheidet man in absolute und relative Beobachtungen Die ermittelten 14 2 Technische Grundlagen Pseudostrecken resultieren dabei zun chst erst einmal aus der Navigationsl sung die durch die Codemessung zustande kommt Zur Genauigkeitssteigerung wird diese entweder mit der Phasenmessung kombiniert oder deren gemessene Strecken durch zus tzliche Tr gerphasenmessung ohne Mehrdeutigkeitsl sung gegl ttet carrier smoothed pseudoranges Seeber 2003 F r die Anzeige von Geschwindigkeiten oder der zur ckgelegten Strecke in Echtzeit wird meist das Kalman Filter verwendet Hierbei wird aus der aktuellen
93. Trittfrequenz und die vom Fahrer erzeugte Leistung durch Messung des aufgebrachten Drehmoments anzeigen Ebenfalls sehr wichtig f r ein wirkungsvolles Training ist die Messung des Pulsschlages Diese 18 2 Technische Grundlagen geschieht meistens mit einem Brustgurt welcher ber Funk die Daten an den Computer sendet Dem Sportler wird dadurch erm glicht seine Trainingsbelastung immer seinem aktuellen Puls anzupassen um optimale Effizienz zu erzielen und eine Gesundheitsgef hrdung durch berforderung zu vermeiden Die Funktion des Herzschlagmessens l sst sich gut mit einer H henmessung verbinden da die k rperliche Belastung bei Bergfahrten zunimmt und somit eine enge Korrelation zwischen berwundenen H henmetern und der Herzfrequenz besteht Dabei wird am h ufigsten die H he ber dem Meeresspiegel mittels barometrischer H henmessung Abschnitt 2 5 bestimmt Anhand dieser Messdaten lassen sich verschiedene weitere Parameter wie Steigungen bzw Gef lle oder die Anzahl der berwundenen H henmeter ableiten Eine andere etwas neuere Funktion ist die Verwendung von GPS dem Global Positioning System Abschnitt 2 1 Das System erm glicht eine exakte Standortbestimmung mit Hilfe von Satelliten und wird f r Fahrradcomputer ab etwa 2002 eingesetzt Hier er ffnen sich vielseitige M glichkeiten ber die Ver nderung der Positionskoordinaten beim Radfahren l sst sich ebenfalls die Geschwindigkeit ermitteln Beim GPS werden 3D Koord
94. allem in Anfangsbereich einige Besonderheiten auf Bis etwa 250 m fehlen die typischen Schwankungen Es wurde eine konstante Geschwindigkeit von 9 km h registriert Teststrecke 8 0 besteht aus verschiedenen Untergr nden Der besagte Bereich ist mit Pflastersteinen versehen Vermutlich ist hier wegen besonderer Reflexionseigenschaften eine etwas zu geringe Geschwindigkeit ermittelt worden welche zu den verk rzten Strecken Abbildung 280 f hrt Der passende H henverlauf ist in Abbildung 283 veranschaulicht 4 1000 1200 Abbildung 283 Teststrecke 8 0 H henverlauf Das H henprofil der Teststrecke wird recht genau gezeigt Weite Teile der Strecke sind abfallend w hrend zwischen 350 m und 500 m der leichte H henanstieg in der N he des Ungarischen Pavillons im EXPO Gel nde treffend erkannt wurde 214 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 10 0 verschiedene Tests Im Folgenden werden verschiedene Versuche auf Teststrecke 10 0 geschildert Die H henverl ufe werden nur abgebildet wenn diese Besonderheiten aufweisen Ausrichtung seitlich und nach hinten Herstellerangaben zufolge kann das RDS Ger t in Laufrichtung nicht nur vorne sondern auch hinten am K rper angebracht werden allerdings nicht seitlich Dieser Test soll zeigen wie sich die unterschiedlichen Ausrichtungen auf die Streckengenauigkeit auswirken Ausrichtung hinten m W Datei Meter 0 5
95. ammen Beim Laufen ist die Standphase des Fu es wesentlich k rzer als z B beim Gehen Die zeitliche Abfolge und die Verweildauer des Standfu es auf dem Boden erm glichen also R ckschl sse auf die Geschwindigkeit mit der ein Schritt durchgef hrt wurde Anhand der Geschwindigkeit lassen sich dann wieder zun chst die Schrittl nge und dann die Gesamtstrecke feststellen Im Gegensatz zum SpeedMax scheint das Sport Kit nur einen Beschleunigungsmesser zu besitzen Nike iPod Frequently Asked Questions Technical 2007 welcher somit nur die Beschleunigungen in eine Richtung ermitteln kann Der Sensor wird hierbei also nicht dazu eingesetzt den kompletten Bewegungsablauf eines Fu es beim Laufen m glichst genau zu modellieren sondern eher um die Standphasen Dauer und Frequenz des Fu es zu detektieren Die ermittelten Daten werden st ndig kabellos ber ein 2 4 GHz Radioprotokoll an den iPod nano gesendet und k nnen dort dem Benutzer angezeigt werden 3 z 3 vs vertikal von hinten nach vorne durch unseren K rper verlaufende Ebene 35 2 4 Beschleunigungssensoren 2 4 4 Fehlereinfl sse Beide beschriebenen Verfahren ermitteln die Distanz ber zeitliche Integration welche eine ung nstige Fehlerfortpflanzung mit sich bringt Dementsprechend wirkt sich ein Fehler in der ermittelten Schrittl nge auf die Gesamtdistanz proportional zur Anzahl der durchgef hrten Schritte aus Stirling Fyfe amp Lachapelle 2005 Es ist folglich f r
96. angef hrten Laufstilen wurde das Genauigkeitsverhalten des RDS auch beim Walking untersucht Die auf dem HAC angezeigten Ergebnisse der Testl ufe sind in Abbildung 311 veranschaulicht Als Durchschnittswert ergibt sich 150 m 94 Anhand der Standardabweichung von 14 1 m wird ersichtlich dass die Zahlenwerte weniger streuen als bei den beiden Laufstilen in den vorherigen Tests 228 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit en ees mm E Ki Li w x D I CH E 3 A a Q Fa OI UI 60 80 Zeit s Abbildung 313 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Walking Der dargestellte Geschwindigkeitsverlauf beim Walken ist stetig und weist im Gegensatz zu den beiden vorherbetrachteten Tests keine Schwankungen auf 4 5 5 Messprinzip Fahrradcomputer Die Multifunktionsuhr HAC5 von CicloSport ist prim r als Fahrradcomputer ausgelegt Mit dem optionalen RDS Ger t lassen sich auch bei anderen Sportarten wie Laufen oder Skifahren Informationen zu Geschwindigkeiten und Distanzen ermitteln deren Messgenauigkeiten bereits beschrieben sind Der folgende Abschnitt wird sich mit der Genauigkeitsuntersuchung des HACS5 als Fahrradcomputer befassen Als Sensor zur Geschwindigkeits und Streckenmessung wird dabei ein kabelloser Sender in Kombination mit einem Speichenmagnet verwendet Das Messprinzip ist in Abschnitt 2 2 erl utert Entscheidend f r die Streckenge
97. asen einteilen Die Standphase stance phase w hrend der sich der Fu auf dem Boden befindet und belastet wird und die Schwingphase swing phase welche die Bewegung des Fu es durch die Luft bezeichnet Rose amp Gamble 1994 Der menschliche Bewegungsablauf beim Gehen ist in der folgenden Abbildung dargestellt TYPICAL NORMAL WALKING CYCLE STANCE mm SING l 15T IND RIOOH OCUALE SINGLE LIMS i DOUBLE INT MIO TERMINAL i PERIOO SUPPORT SUPPC RT Su PPO AT FOOT DPPOSITE OPPOSITE TOE FOOT TIBIA FOOT EVEN STRIKE DE OFF FOOT STRIKE OFF CLEARANCE VERTICAL STARKE ROF CYCLE Ze 12 50 62 100 Abbildung 17 Typischer Bewegungsablauf beim Gehen Rose amp Gamble 1994 Im Verlauf eines Schrittablaufes ist der Fu st ndig positiven und negativen Beschleunigungen ausgesetzt welche nach einem typischen Verhaltensmuster auftreten und bei unterschiedlichen Personen kaum voneinander abweichen Stirling R G 2004 33 2 4 Beschleunigungssensoren heel strike toe off heel strike stance swing phase phase acceleration g 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 time seconds Abbildung 18 Beschleunigungen des Fu es SpeedMax White Paper Eine weitere Auff lligkeit ist der hohe Grad an Korrelation zwischen Schrittfrequenz und Schrittl nge So werden beim Gehen eher kurze Schrittweiten erzielt und der Fu wird nicht sehr hoch angehoben Beim Laufen hingegen wird der Fu durch den erh hten Schwun
98. ats chlichen Streckenl ngen unter konstanten Bedingungen an In der Tat werden bei normalen L ufen auf den ersten Teststrecken Genauigkeiten zwischen 97 99 erreicht Die Genauigkeitsanforderungen werden somit eingehalten Allerdings beziehen sich die genannten 3 auf unkalibrierte Sensoren Zur Pr zisionssteigerung wird ein Kalibrierungslauf ber mindestens 1200 m empfohlen Da sich f r die Tests ein Faktor von genau 1000 ergab hatte er keinen Einfluss auf die sp ter angezeigten Distanzen Die Qualit t der Messungen lie sich in diesem Fall folglich nicht weiter durch eine Kalibrierung verbessern Neben den Tests auf geraden und kurvigen Strecken wurde der Beschleunigungssensor auch auf einen abweichenden Anbringungsort und diverse verschiedene Laufstile hin untersucht Dabei ist auff llig dass die Strecken meistens deutlich zu kurz ermittelt wurden Bei Tests wie beispielsweise dem R ckw rtslaufen ergibt sich eine durchschnittliche Genauigkeit von nur 46 wobei die Messergebnisse hier weit gestreut sind Der barometrische H henmesser sorgt f r gleichm ige H henprofile und weist bei H henunterschieden von bis zu 30 m kaum Unsicherheiten auf Weiterhin ist als Kritikpunkt anzuf hren dass die angezeigten Werte auf dem Display der S625X zum Teil stark von den aufgezeichneten Werten abweichen Zusammengefasst ist die Genauigkeit des Laufsets von Polar f r normale L ufe den Vorstellungen entsprechend im Rahmen der Genau
99. atur variiert Setzt sich der Fahrer auf sein Fahrrad so wird der Reifen belastet und das Volumen des Schlauches ndert sich geringf gig wodurch es zu einer Variation des Luftdrucks kommt Dieser Zusammenhang l sst sich mit dem Mariotte schen Gesetzt Formel 2 4 begr nden welches besagt dass bei 21 2 2 Fahrradcomputer idealen Gasen bei konstanter Temperatur das Produkt aus Druck und Volumen konstant bleibt p V konstant Formel 2 4 Wird angenommen dass das Volumen konstant ist so ist der Luftdruck noch von der Temperatur abh ngig da die Dichte eines Stoffes mit der Temperatur variiert Dem Gasgesetz von Gay Lussac zufolge verh lt sich das Volumen bei einer gleichbleibenden Stoffmenge idealer Gase direkt proportional zur Temperatur Die Luft dehnt sich also bei Erw rmung aus und zieht sich bei einer Abk hlung zusammen V konstant Formel 2 5 Somit ist der Luftdruck u a von der Umgebungstemperatur abh ngig F llt die Temperatur so folgt ihr der Druck im gleichen Ma nach unten W hrend der Fahrt besonders mit hohen Geschwindigkeiten erhitzen sich die Luftmolek le im Schlauch wodurch es ebenfalls zu einer minimalen nderung des Luftdrucks im Reifen und somit auch des Reifenumfangs kommt Bei einem normalen Fahrradcomputer haben die eben beschriebenen Ph nomene allerdings kaum Auswirklungen Wird z B angenommen dass eine Messung des Radumfangs um 5 mm 2075 mm von der tats chlichen Gr e 2070
100. auf L ufe mit relativer Sollh he 236 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 4 1 bietet eine gleichm ige Steigung bzw ein gleichm iges Gef lle ber eine l ngere Strecke von 259 m siehe Teststrecken Hier fanden weitere Genauigkeitsuntersuchungen statt Dabei wurden zwei H hen genau gemessen wodurch ein H henunterschied von 12 41 m zustande kommt An diesen zwei Stellen fanden daraufhin auch die Ablesungen statt Reduziert auf die Anfangsh he ergeben sich in Abbildung 327 Abweichungen zur Sollh he auf der Krone des Gipfels zu maximal 1 59 m Lauf 2 Dabei ist auch anzumerken dass das Aufl sungsverm gen f r H hen beim HAC 5 nur 1 m betr gt so dass es hier einmal zur minimalen Abweichung von 41 cm kommt Lauf 1 16 12 10 Lauf 1 2 8 Lauf 2 Bal SS 6 Lauf 3 Lauf 4 4 zen zz Sollh he H o 0 50 100 150 200 250 300 Strecke m Abbildung 327 Teststrecke 4 1 Relative H hen Bei Teststrecke 4 1 k nnen erneut keine Differenzen zwischen angezeigten und gespeicherten H hen festgestellt werden Abbildung 328 zeigt ein einzelnes H henprofil was einen Gesamth henunterschied von 13 m beschreibt Es treten kaum gr ere Schwankungen auf so dass die Kurve einen fast linearen Anstieg aufweist Bis auf Lauf 3 zeichnet sich sonst ein hnlicher Verlauf ab siehe Abbildung 329 148 14 146 144 142 Lauf 1 140 Lauf 2 H he m 138 6 Lauf3 136
101. aufes in Abbildung 335 stellt insgesamt gut den H henunterschied von 1 17 m zwischen Start und Endpunkt dar Beim S625X werden H henwerte auf 1 m genau angezeigt zur Messgenauigkeit macht der Hersteller keine Angaben Kleine H henspr nge wie etwa die 2 m im Bereich zwischen 40 und 100 m Wesstrecke sind vermutlich auf die mangelnde Luftdruckmessgenauigkeit oder vor bergehende Luftdruck nderungen beispielweise durch kurzfristiges Abdecken des Luftdrucksensors beim Laufen zur ckzuf hren 247 4 6 Polar S625X Teststrecke 2 1 Nahezu ideale Voraussetzungen bestanden auch auf Teststrecke 2 1 Die 1000 m lange Strecke hat wie Teststrecke 1 0 einen geraden Verlauf und nur einen H henunterschied von wenigen Metern Neben der doppelt so langen Strecke besteht ein Unterschied im Untergrund Anstatt Teer wird hier ein Lauf auf mittelfesten bis festen Schotter durchgef hrt Durch die abweichende Festigkeit im Vergleich zum harten Teer bei Teststrecke 1 0 kann sich der Laufstil leicht ndern Die folgenden Strecken wurden dabei angezeigt 0 250 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 336 Teststrecke 2 1 angezeigte Strecken Auf den ersten Blick wird ersichtlich dass die Genauigkeiten bei der 1000 m langen Strecke besser sind als bei der halb so langen Referenzstrecke Der Mittelwert betr gt 185 m mit einer Standardabweichung von 10 m Die schlechteste Strecke weicht um genau 3 vom Sollwert ab die anderen drei um 1 Der Test zeig
102. aufwand sein wodurch tats chliche Werte sp ter an die Anzeigeschnittstelle weitergeleitet werden T 0 200 400 600 800 1000 Meter Abbildung 31 Teststrecke 2 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 824 m 80 4 Beschreibung der Ger te E Datei u Feldbuch Abbildung 32 Teststrecke 2 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Bei einer Betrachtung der aufgezeichneten Tracks siehe Abbildung 33 wird deutlich dass eingeschr nkte Sichten wie erwartet einen Einfluss auf die Genauigkeit haben So liegen nun bereits Querabweichungen bis maximal 25 m vor Im n rdlichen Teil der Strecke kommt es zu einer regelrechten Verschiebung des gesamten Streckenverlaufs Dies ist durch die Konstellation bzw Anzahl der Satelliten zu erkl ren Die Sicht in s dliche Richtung ist hier weitestgehend verdeckt Da die GPS Satelliten sich auf Umlaufbahnen mit einer Inklination von 55 bewegen stehen von Deutschland aus gesehen mehr Satelliten im S den zur Verf gung Au erdem befinden sich die geostation ren EGNOS Satelliten ber Zentralafrika von wo aus Signale und damit Korrekturdaten nur unter einer Elevation von maximal 35 empfangen werden k nnen Dies erkl rt auch die sehr genaue berlagerung von Sollstrecke und aufgezeichnetem Track im s dlichen Teil der Strecke kaum Abschattungen in Richtung S den 200 Europa heeten NEE WW JET E 2007AeroW estn r E d N nk V Ze Lal 5
103. aum mit Strom und bedarf gleichzeitig einer sehr geringen Ladedauer F r das Schlie en der Gummi Abdeckung des Mini USB Anschlusses auf der R ckseite des Ger ts ben tigt man jedoch etwas Fingerspitzengef hl Der Pulsmesser wird mit einer Knopfbatterie angegebene Lebensdauer etwa 3 Jahre geliefert Beim Testger t war diese Batterie allerdings von Anfang an leer Ansonsten treten keinerlei Probleme bei der Benutzung Anbringung des 75 4 1 Garmin Edge 305 Brustgurts auf Die Montage des GSC 10 am Fahrrad gestaltet sich hingegen etwas komplizierter F r eine einwandfreie Funktion m ssen beide Magnete Trittfrequenz am Pedal und Geschwindigkeit Distanz in den Speichen des Hinterrads sehr nah und stabil an dem Messger t platziert sein Sind Trittfrequenz und Geschwindigkeitsmesser am Fahrrad angebracht und der Pulsmesser umgelegt werden diese entweder automatisch gefunden oder k nnen ber das Hauptmen manuell gesucht werden Anschlie end werden Messwerte dieser Sensoren aufgezeichnet solange sich diese im Umkreis von maximal 3 m um den Edge befinden sad Die Installation und Datei Bearbeiten Ansicht Benutzer Hilfe VER Vorgeschichte TH Trainings Q Secher Wo A vi Cu arte 35 Gesamt Go Hinweise Bedienung der mitgelieferten PC Basemap v CH Q ku A a H 3 Software Garmin Training Center ist unkompliziert Wird das Unterprogramm gstart beim Systemstart ausgef hrt wird de
104. ave steht und soviel wie Dauersender bedeutet Solche Ger te sind f r die Bestimmung von Geschwindigkeiten geeignet Im Vergleich zu den Pulsradarger ten sind f r die CW Technik wesentlich geringere Sendeleistungen notwendig Die konstante Frequenz der vom nichtbewegten Sender ausgesandten elektromagnetischen Wellen wird beim Auftreffen auf ein bewegtes Objekt aufgrund des Dopplereffektes um einen gewissen Betrag ver ndert Die reflektierten Wellen besitzen somit eine vom Referenzsignal abweichende Frequenz Abbildung 12 verdeutlicht das Prinzip des Doppler Effekts Empf nger ES d Bee d f W e d NN Bi f EN F o ZA A Sender D d Gi j E bewegter I Reflektor e Abbildung 12 Doppler Effekt Alles ber Radar Laser 2006 Werden die beiden Frequenzen miteinander verglichen kann die Geschwindigkeit des Objekts bestimmt werden Mit zunehmender Geschwindigkeit des Objektes nimmt auch die Dopplerfrequenzverschiebung zu Diese physikalischen Gegebenheiten werden z B in Radaranlagen zur Geschwindigkeits berwachung im Stra enverkehr ausgenutzt Das Prinzip ist auch anwendbar wenn sich sowohl der Sender als auch die reflektierende Oberfl che bewegen In diesem Fall wird die Relativgeschwindigkeit des Senders zum 27 2 3 Radar Objekt bestimmt Bei nichtbewegter Umgebung mit unbewegten reflektierenden Objekten l sst sich die Absolutgeschwindigkeit des Senders feststellen s u Die Dopplerfrequenzversch
105. bildung 135 Teststrecke 3 0 Stoppen der Aufzeichnung bei Signalabbruch 132 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit d m E Li w wf Ki CH E 3 Q Vi w O Sollgeschwindigkeit Abbildung 136 Teststrecke 3 0 Geschwindigkeitsverlauf Obwohl es anders zu erwarten war erscheinen die Geschwindigkeitsverl ufe doch eher gleichm ig was auf eine Gl ttung der Messwerte schlie en l sst siehe Abbildung 136 Vergleicht man die Kurve mit Graphen bei eingeschr nkten Sichten Teststrecke 2 0 oder 2 1 weisen diese im Wald weniger Schwankungen auf und verlaufen hnlich wie die aufgezeichneten Tracks Abbildung 134 und Abbildung 135 eher geradlinig Das H henprofil in Abbildung 137 bewegt sich nur zwischen 91 20 m und 91 70 m also in einem nur sehr kleinen Bereich von 50 cm Gr ere Variationen der H he kommen erneut nur beim Anfangswert vor der sich zwischen 67 159 m bewegt Abbildung 137 Teststrecke 3 0 H henverlauf 133 4 2 FRWD W600 Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Teststrecke 8 0 bietet mit den verschiedenen Kurventypen pl tzlichen Spurwechseln sowie einer 180 Wende viele M glichkeiten zur Genauigkeitsuntersuchung L at D d yA t e be Ip U Ae LONE s tE yom e AA iA EK OO Euro pake che oe e a D E e Se u al Sr A A Le es T
106. bildung 299 sehen dass ein Laufstil mit kleinen Schritten genauere und einheitlichere Ergebnisse aufweisen kann Ein Ausrei er mit nur 20 m befindet sich zwischen den ansonsten im Bereich 140 160 m liegenden Messwerten Dieser kann auf eine zu seitliche Ausrichtung des Ger tes zur ckgef hrt werden und wird daher bei der weiteren Betrachtung nicht mit einbezogen Der Mittelwert von 150 m und eine Standardabweichung von 8 m beschreiben den Sollwert mit einer Genauigkeit von 94 recht pr zise E HAC W HAC E RDS W RDS u Datei u Datei 0 50 100 150 200 0 50 100 Abbildung 300 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich gro e Schritte Abbildung 301 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich kleine Schritte 223 4 5 Ciclosport HAC5 Bei einem Vergleich der durch HAC angezeigten und gespeicherten und von RDS angezeigten Strecken wird deutlich dass bei beiden Tests zum wiederholten Male nur kleine Abweichungen zwischen den Werten aufgetreten sind 20 12 18 16 10 14 12 10 Geschwindigkeit Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit lstgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Geschwindigkeit km h OO MS On 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 Zeit s Zeit s Abbildung 302 Teststrecke 10 0 Abbildung 303 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Geschwindigkeitsverlauf bei kleinen Schritten gro en Schritte Das unterschiedliche Verhal
107. ble Empf nger u a auch kleine Empf nger im Bereich der Fahrzeug und Fu g ngernavigation dann mit 6 Sekunden Verz gerung also fast Echtzeit verwenden k nnen siehe Abbildung 6 So werden infolgedessen die gemessenen Pseudostrecken mit den gesendeten Daten von den WAAS EGNOS oder MSAS Satelliten korrigiert Letztendlich kann eine H hengenauigkeit von 2 4 m und eine Lagegenauigkeit von 1 3 m erreicht und Fehlfunktionen innerhalb von 6 Sekunden an den Nutzer bermittelt werden ESA 2007 Probleme ergeben sich jedoch beispielsweise dadurch dass ein Empfang der EGNOS Daten in Deutschland nur unter einer geringen Elevation von ca 15 bis 35 m glich ist was leicht zu Abschattungen f hren kann Au erdem k nnen ohne eine Kontrolle des G ltigkeitsbereichs der empfangenen Daten auch Korrekturen von typischen WAAS Satelliten z B INMARSAT 3 ber der Ostk ste Brasiliens angebracht werden die die Positionsgenauigkeit teilweise stark verringern und zu schlechteren Ergebnissen als ohne Korrekturdaten f hren k nnen Salto Abbildung 6 Aufbau Prinzip eines Wide Area DGPS wie EGNOS Seeber 2003 Differentielle GPS Messung DGPS Mit Hilfe der differentiellen Messmethode k nnen sehr hohe Genauigkeiten erreicht werden wobei es grunds tzlich zwei M glichkeiten zur DGPS Messung gibt Entweder wird eine Basisstation auf einem Punkt mit bekannten Koordinaten aufgestellt und die aus den Differenzen zwischen Ist und S
108. chrieben HAC Display HAC Datei RDS Mittelwert m 146 Standardabweichung m 21 9 Mittlere Genauigkeit 85 89 92 Es stellt sich heraus dass bei diesen Testl ufen Abweichungen von bis zu 20 m auftreten Im Wesentlichen werden die k rzesten Strecken dabei auf dem Display des HAC ausgegeben w hrend sich die L ngsten am RDS ablesen lassen Dies macht sich in den Mittelwerten der drei Varianten bemerkbar Die Sollstrecke von 159 m wird mit der h chsten durchschnittlichen Genauigkeit durch das RDS beschrieben 227 4 5 Ciclosport HAC5 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit mm Ken m E 32 U ef Ki Kei E 3 ab Q V w dal 40 Zeit s Abbildung 310 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf R ckw rtslaufen Wie schon beim Test Springen gesehen und beschrieben tritt auch hier das auff llige Verhalten der Geschwindigkeit auf Die Kurve alterniert erneut zwischen den beiden Werten 0 und 18 km h Die Problematik betrifft nur die Speicherung der Werte da die zum Diagramm geh rende Strecke mit 160 m ungeachtet des Verhaltens bei den Geschwindigkeiten richtig berechnet werden konnte Walking 0 50 100 150 200 Meter Abbildung 311 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken Walking E HAC E RDS WM Datei Abbildung 312 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich Walking Neben den bereits
109. cht durch die angrenzenden B ume sein k nnte Abbildung 54 zeigt eine 180 Wende in einem Punkt Das schnelle Umkehren der Richtung wird jedoch nicht sofort erkannt so dass der aufgezeichnete Track 3 45 m weiter in den Pavillon hineinragt als die Sollstrecke Das gute Kurvenverhalten und die hohe Pr zision des aufgezeichneten Tracks bzw die nur sehr kleinen Abweichungen zur Sollstrecke sind im ganzen Streckenverlauf ersichtlich In den Kurven lassen sich die einzelnen aufgezeichneten Koordinaten mit einer Aktualisierungsrate von 1 Sekunde erkennen was f r eine nur sehr geringe Gl ttung spricht In Abbildung 51 wird die Richtungs nderung beispielsweise mit 5 einzelnen Punkten beschrieben 2007 Europa lfiechnologies D 2007A oWes Image Nest 796624 98 m N H he 74m bertragung IIIIIIII 100 Abbildung 54 Schnelle 180 Wende in einem Punkt 91 4 1 Garmin Edge 305 Auskunft ber die Genauigkeit des Geschwindigkeits und Distanzmessers Garmin Edge 305 sollten aber vor allen Dingen die angezeigten Strecken geben Abbildung 55 Der Mittelwert betr gt 1076 m 1081 78 m Solldistanz und die Standardabweichung liegt bei 10 20 m was zu einer Streckengenauigkeit gt 98 1 f hrt Auch hier kommt es wieder zu Abweichungen zwischen angezeigter und aufgezeichneter Distanz siehe Abbildung 56 0 200 400 600 800 1000 1200 Abbildung 55 Teststrecke 8 0 Angezeigte Strecken H Datei u Feldbuch 1000 12
110. chwindigkeit Geschwindigkeit km h Geschwindigkeit km h Sollgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit 0 250 500 750 1000 1250 0 250 500 750 1000 1250 Weg m Weg m Abbildung 128 Teststrecke 2 1 Abbildung 129 Teststrecke 2 1 Geschwindigkeitsverlauf Geschwindigkeitsverlauf 129 4 2 FRWD W600 H he m 0 200 400 600 800 1000 1200 Abbildung 130 Teststrecke 2 1 H henverlauf Die aufgezeichneten H henunterschiede zeichnen sich erneut durch 24 4 24 2 24 0 23 8 23 6 23 4 23 2 23 0 22 8 22 6 22 4 H he m 600 800 1000 1200 Weg m Abbildung 131 Teststrecke 2 1 H henverlauf Genauigkeit aus Die Differenz zwischen Start und Endpunkt auf der 1000 m langen Strecke mit gleichm igem Gef lle betr gt 2 30 m Die gespeicherten H henverl ufe in Abbildung 130 und Abbildung 131 weisen jeweils eine relative H he von 1 60 m auf Es kommt dadurch nur zu einer Abweichung von 70 cm zum Sollwert Einzig und allein das Niveau der H hen schafft einen Zusammenhang zwischen den stark fehlerbehafteten GPS Messungen Hier wird die absolute H he zu Beginn der Messung einmal bei 81 40 m und einmal bei 22 60 m angesetzt 130 ihre hohe 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 3 0 stark eingeschr nkte Sicht durch Wald Teststrecke 3 0 befindet sich in einem Waldst ck und bietet somit stark eingeschr nkte Sichten Die angezeigten Strecken in Abbildu
111. cke 2 0 d 250 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 123 Teststrecke 2 1 Angezeigte Strecken E Datei u Feldbuch 800 1000 1200 Abbildung 124 Teststrecke 2 1 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 128 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 125 Teststrecke 2 1 hohe Abbildung 126 Teststrecke 2 1 parallele berlappungen Verschiebung Abbildung 127 Teststrecke 2 1 pl tzliche Abweichung Auf Teststrecke 2 1 kommt es dabei beim FRWD W600 zu unterschiedlichsten Situationen In Abbildung 125 sind die Abweichungen von der Sollstrecke gering Die maximale Querabweichung betr gt hier 4 17 m wobei es sich dabei eher um einen einzelnen Wert in dieser Gr enordnung handelt Anders in Abbildung 126 hier kommt es zu einer kompletten parallelen Verschiebung Abbildung 127 zeigt daraufhin noch einen Track mit den gr ten Abweichungen aller L ufe Eine eindeutige Erkl rung f r dieses variable Verhalten l sst sich jedoch nicht finden Die unbest ndigen Messungen werden auch in den aufgezeichneten Geschwindigkeitsverl ufen in Abbildung 128 und Abbildung 129 deutlich Dabei kommt es im ersten Fall zu schlagartigen nderungen der Geschwindigkeit wohingegen im zweiten Fall nach dem Start lediglich Werte im Bereich von 0 6 km h um die Sollgeschwindigkeit auftreten Geschwindigkeit Geschwindigkeit dIstgeschwindigkeit dlstges
112. dach Lagegenauigkeit Abbildung 247 zeigt die jeweiligen Abst nde zur Sollkoordinate ber die Zeit Es ergibt sich ein Mittelwert der Abweichungen vom Sollpunkt von 4 26 m wobei sich die Werte in einem Bereich zwischen 1 51 m und 11 61 m bewegen Die Standardabweichung betr gt 2 15 m Laut Herstellerangaben soll eine Positionsgenauigkeit von lt 10 m RMS erreicht werden was hier ber den gr ten Zeitraum gesehen auch der Fall ist Interessanterweise werden die Abst nde zur Sollkoordinate zum Ende der Session immer gr er und schwanken auch wesentlich st rker Die erreichbare Genauigkeit mit WAAS EGNOS Korrekturdaten von lt 5 m kann hier nur in den ersten 20 Minuten der Session erzielt werden Einen berblick ber die Verteilung der bestimmten Positionen erh lt man in Abbildung 248 wobei sich alle ermittelten Koordinaten n rdlich der Sollkoordinate befinden 191 4 4 Garmin Forerunner 305 e Ba S lt LT Abbildung 248 Messdach Positionsgenauigkeit lt o Die Differenzen zur Sollh he sind in Abbildung 249 dargestellt Es kann eine Genauigkeit f r die Bestimmung von absoluten H hen lt 6 m festgestellt werden Typisch f r GPS Messungen ist das gleiche Verhalten von Lage und H he wobei letztere meist etwas ungenauer bestimmt werden kann Treten bei der Betrachtung der Abst nde gr ere Schwankungen auf ist dies auch bei den H hen der Fall 0 SC 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 400
113. dbuch alle weiteren Fragen aus Dieses ist sehr anschaulich mit vielen Bildern und bersichtlich gestaltet Durch das Inhaltsverzeichnis am Anfang oder das Schlagwortverzeichnis am Ende der Bedienungsanleitung werden gesuchte nicht unbedingt erforderlich die Anleitung komplett durchgelesen zu haben Das Ger t l sst sich fast intuitiv durch Nutzung der 7 Steuertasten die durch ihre Beschriftung bereits GARMIN eindeutig zugeordnet werden k nnen bedienen Die Men f hrung ist leicht verst ndlich und bersichtlich gestaltet Abbildung 23 Je nach Wunsch besteht beim Fahrrad Computer Men die M glichkeit sich einen zwei vier oder acht Werte anzeigen zu lassen Diese Datenfelder k nnen daraufhin zus tzlich nach Belieben mit dem gew nschten Messwert belegt werden In Abbildung 23 werden beispielsweise Zeit Stoppuhr Geschwindigkeit Distanz Uhrzeit verbrauchte Abbildung 23 Anzeige des Edge 305 Kalorien Himmelsrichtung GPS Genauigkeit und H he angezeigt Einzig und allein die Karte mit der zur ckgelegten Strecke ist nicht sonderlich bersichtlich Hier befindet sich weder eine Stra enkarte im Hintergrund noch kann man diese verschieben Wird eine l ngere Distanz zur ckgelegt kann dieser Teil nur durch eine nderung des Ma stabs berhaupt betrachtet werden was eine dementsprechend schlechte Aufl sung dieses Teilst cks zur Folge hat Der Lithium Ionen Akku versorgt den Edge 305 ber einen gro en Zeitr
114. dcomputer auf den Markt Die Entwicklung bzw Verbesserung von Mikroelektronik und LCD Displays stellten dabei eine sehr bedeutende Grundlage dar So lie en sich die zuvor recht sperrigen Computer immer kleiner und damit auch mobiler gestalten w hrend auch der Stromverbrauch stark reduziert werden konnte Diese Ger te beherrschten zun chst haupts chlich die t Li 0 5755 km altchinesische L ngeneinheit LCD Liquid Chrystal Display Fl ssigkristallbildschirm 17 2 2 Fahrradcomputer Anzeige von Momentan und Durchschnittsgeschwindigkeit sowie die zur ckgelegte Wegstrecke und auch eine Zeitangabe Wikipedia Fahrradcomputer 2007 2 2 3 Funktionsprinzip und Weiterentwicklungen Seit der Einf hrung der Mikroelektronik arbeiten Fahrradcomputer nach dem gleichen Grundprinzip Dazu m ssen zwei Elemente am Rad angebaut werden An einer Speiche meistens des Vorderrades wird ein kleiner Magnet befestigt welcher durch die Rotation des Rades in einer an der Gabel angebrachten Spule ein Spannungsimpuls induziert Als zweite Variante kann auch ein Magnetschalter ausgel st werden Das so erhaltene Signal wird dann per Kabel zum eigentlichen Fahrradcomputer bermittelt welcher blicherweise am Lenker montiert ist Hier werden die Spannungsimpulse gez hlt ausgewertet und daraus die fahrdynamischen Parameter berechnet Die Anzeige erfolgt dann mittels LCD Display Der Grundgedanke bei der Berechnung ist dass aus der Umdrehungsge
115. de von bis zu 50 m Damit l sst sich sagen dass die registrierten Messwerte im Wald schlechter sind als die angezeigten Distanzen was bis dahin noch nicht der Fall war In Abbildung 45 weicht der aufgezeichnete Track nicht gro artig von der eigentlichen Strecke ab Die maximale Querabweichung betr gt hierbei 7 75 m was im selben Bereich liegt wie bei Teststrecke 2 1 W hrend des ganzen Verlaufs deutet nichts auf Signalunterbrechungen oder sogar Signalabbr che hin Die Fehler in den Strecken 87 4 1 Garmin Edge 305 kommen haupts chlich durch Verfehlungen des Start und Zielpunktes und der daraus resultierenden Vergr erung der L nge siehe Abbildung 46 sowie durch kleine Spr nge wie in der Bildmitte von Abbildung 45 zustande Diese tauchen hier erstmalig auf Abbildung 45 Teststrecke 3 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Abbildung 46 Teststrecke 3 0 Verfehlung des Zielpunktes 88 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit dSollgeschwindigkeit ge E m m E ef a U KI Ki CH 3 A ei Q Vi U UI Abbildung 47 Teststrecke 3 0 Geschwindigkeitsverlauf Wie zu erwarten war wurden w hrend der L ufe stark variierende Geschwindigkeiten aufgezeichnet Abbildung 47 die bis zu 9 km h vom Mittelwert abweichen Der Vergleich zwischen Soll und Ist Geschwindigkeit offenbart eine Differenz von 0 29 k
116. den 107 4 1 Garmin Edge 305 J 800 Abbildung 90 Teststrecke 2 1 H henverlauf Teststrecke 3 stark eingeschr nkte Sicht durch Wald Die Ergebnisse von Teststrecke 3 0 deuten darauf hin dass trotz des dichten Waldes ausschlie lich GPS Informationen zu den Berechnungen verwendet wurden Infolgedessen standen ausreichende Signale zur Verf gung und die Abschattung durch die B ume hatte nur geringe Auswirkung Der Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 91 weist ein typisches Verhalten des Edge bei einer Waldfahrt auf Das h ufige Schwanken spricht f r einen GPS Einsatz wobei die Geschwindigkeiten in einem Bereich von maximal etwa 8 km h alternieren Ist und Sollgeschwindigkeit unterscheiden sich in diesem Fall nur um 0 2 km h Dies spricht daf r dass eine pr zise GPS Messung m glich war Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 91 Teststrecke 3 0 Geschwindigkeitsverlauf 108 4 Beschreibung der Ger te Die angezeigten Streckender 4 Testfahrten k nnen Abbildung 92 entnommen werden Die Genauigkeiten betragen gt 95 Es ergibt sich ein Mittelwert von 488 m mit einer Standardabweichung von 8 m 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 92 Teststrecke 3 0 angezeigte Strecken Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Auch die Auswertungen d
117. den l sst sich das Ph nomen wie bereits angesprochen mit den diffusen Reflexionseigenschaften der Wiese Durch die unregelm ige Struktur der Grashalme werden Cluttersignale Abschnitt 2 3 6 hervorgerufen welche mit dem eigentlichen Echo Interferenzen bilden und zu einer verf lschten Geschwindigkeitsinformation f hren Wie bei Teststrecke 5 0 beschrieben f hren zu hohe wahrgenommene Geschwindigkeiten zu l ngeren Strecken Auf Teststrecke 7 0 verh lt es sich genau entgegengesetzt Die Reflexionseigenschaften des feinen Schotters verursachen eine zu geringe Geschwindigkeit und die errechneten Strecken werden im Vergleich zu dem tats chlichen Verh ltnis verk rzt Die beiden Teststrecken 6 0 und 7 0 verlaufen im Abstand von etwa 15 m parallel zueinander Aufgrund des Gel ndes kann von ungef hr gleichen H henverl ufen ausgegangen werden kann Beide Profile beschreiben die etwa 4 5 m H henunterschied zwischen Anfangs und Endpunkten korrekt 110 113 109 108 H he m H he m 107 106 104 105 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Weg m Weg m Abbildung 278 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 279 Teststrecke 7 0 Schotter H henverlauf H henverlauf 212 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Nachdem der Sportcomputer HAC5 mit dem Radar Sensor bisher ausschlie lich auf gerade verlaufenden Strecken getestet wurde folgt mit Teststrecke 8 0 e
118. dge 305 Teststrecke 10 0 pl tzliches Anhalten Mit Hilfe von Teststrecke 10 0 kann das Verhalten des Edge 305 bei pl tzlichem Anhalten getestet werden Es kommt zu keinerlei sonstiger Fehlereinfl sse wie z B Abschattungen In Abbildung 76 wird ersichtlich dass sich die Distanzen bis zum Haltepunkt und die endg ltig angezeigten Strecken nach 30 Sekunden trotzdem unterscheiden E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 76 Teststrecke 10 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 110 m Nicht nur die zeitverz gerte Anzeige Berechnung oder auch Filterung der Messwerte f hrt zu einer Zunahme der Distanzen ber die Zeit sondern auch ungenaue Positionsbestimmungen die wie in Abbildung 77 deutlich wird eine fehlerbehaftete Strecke und dementsprechend auch Geschwindigkeit verursachen Es handelt sich zwar nur noch um kleine Schwankungen lt lt 1 m die sich jedoch mit der Zeit aufsummieren Geschwindigkeit km h 30 40 Zeit s Abbildung 77 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf 100 4 Beschreibung der Ger te Die H he variiert nur noch um 1 m siehe Abbildung 78 was sie allerdings fast sek ndlich tut Dies spricht bei dieser uneingeschr nkten Sicht wieder st rker f r eine H henmessung allein durch Nutzung des GPS Zu diesen Schwankungen kann es jedoch auch kommen wenn beispielsweise 68 5 m gemessen werden wodurch Rundungseffekte hervorgerufen werden k nnen
119. die besser erprobte Filter bieten werden Gleiches ist auch im Bezug auf Beschleunigungs und Radarsensoren der Fall Bei den Ger ten ist mit einer immer gr er werdenden Zahl an Funktionen zu rechnen wobei bei h heren Genauigkeiten auch eine Vergr erung des Aufl sungsverm gens der Messwerte und der Aufzeichnungsm glichkeiten und Intervalle zu erwarten ist 284 Literaturverzeichnis Alles ber Radar Laser 2006 Abgerufen am 12 Mai 2007 von Blitzberlin http www blitzberlin de Bedienungsanleitung Kabelloser Fahrradcomputer GT 7316 2004 Abgerufen am 11 Mai 2007 von Medion http download3 medion de downloads anleitungen gt7316 pdf Benninghoff A amp Goerttler K 1978 Lehrbuch der Anatomie des Menschen 12 Ausg Bd I M nchen Urban amp Schwarzenberg Best S 2005 RDS Der Rolls Royce unter den Speedometern elektronik industrie 10 93 Dynastream Innovations Inc SpeedMax White Paper Abgerufen am 2 August 2007 von Dynastream http www dynastream com Engels D W 1978 Alexander the Great and the Logistics of the Macedonian Army Los Angeles University of California Press ESA 2007 EGNOS for Professionals Abgerufen am 14 09 2007 von http www egnos pro esa int index html Funktionsprinzip RSS Abgerufen am 12 Mai 2007 von Sonic Instruments http www sonicinstruments com Kahmen H 1997 Vermessungskunde 19 Ausg Berlin De Gruyter kowoma Wie funktion
120. diese allerdings zuvor auf einer bekannten Referenzh he geeicht worden sein F r Trainings in freier Umgebung oder in Parks und helleren Waldst cken eignen sich also insgesamt die GPS basierten Messverfahren am besten wobei die Kombination mit einem barometrischen H henmesser nicht notwendig aber dennoch empfehlenswert ist Zwischen hohen Bauwerken oder innerhalb von Geb uden ist unter Umst nden der Einsatz eines Beschleunigungssensors sinnvoller Radarsensoren stellen in der Form keine ernst zu nehmende Alternative dar 5 2 Ausblick Um der immer gr er werdenden Nachfrage an Sportuhren mit Entfernungs Geschwindigkeits und H henmessung gerecht zu werden entwickeln die Hersteller immer unterschiedlichere Messverfahren oder arbeiten an Weiterentwicklungen der bestehenden Methoden F r die GPS basierten Verfahren sind immer kleiner werdende GPS Antennen und Chips tze zu erwarten Die Empfangsempfindlichkeit dieser elektronischen Bauteile wird steigen und damit die Einsatzm glichkeiten der Ger te die diese Methode nutzen erweitern Durch den Start des Satellitensystems Galileo werden gr ere Redundanzen vorliegen so dass einerseits ein schnelleres L sen der Mehrdeutigkeiten und andererseits eine Steigerung der Genauigkeit zu erwarten ist Korrekturdaten werden in Zukunft immer h ufiger zum Einsatz kommen was ebenfalls Genauigkeitssteigerungen zur Folge haben wird Aber auch optimierte Softwareentwicklungen sind zu erwarten
121. dung 356 als auch bei den gespeicherten Strecken Abbildung 357 sind die Werte zum Zeitpunkt des Anhaltens noch zu kurz werden aber in der nachfolgenden Zeit noch korrigiert Auf diese Weise ergibt sich aus den Dateien verh ltnism ig genau der Sollwert von 110 m die angezeigten Strecken beschreiben meistens einen 10 15 m zu gro en Distanzwert Bei Betrachtung des Geschwindigkeitsverlaufes in Abbildung 358 wird ersichtlich weshalb es auch nach dem Anhalten zu einem Streckenzuwachs kommt Das Stehenbleiben f hrt in jeder Messung zun chst zu einer etwas h heren Geschwindigkeit im Diagramm steigt sie von 11 95 km h auf 13 82 km h an Zum n chsten Speicherzeitpunkt maximal 5 Sekunden sp ter wird weiterhin eine scheinbare recht hohe Geschwindigkeit registriert und erst danach f llt sie gegen O km h ab Die Vergr erung der Strecke nach dem Anhalten beruht somit auf der nachtr glich ermittelten Geschwindigkeit Dieses Ergebnis deutet darauf hin dass entweder die Auswertung der detektierten Beschleunigungen zeitverz gert erfolg oder eine Pr diktion also eine Vorausberechnung auf Grundlage der bisher w hrend einer Messung registrierten Bewegungsabl ufe durchgef hrt wird Da die Beschleunigungen in Laufrichtung f r die Akzelerometer im S1 aus einer Summe von Gesamtbeschleunigungen in divergente Richtungen ermittelt werden m ssen ist die Messung mit Rauschanteilen berlagert F r die Pr diktion dynamischer Systeme mit Rausche
122. e Der Messeschnellweg der die Strecke berf hrt sorgt mit einer beachtlichen Breite von 35 m f r eine komplette Abschattung der GPS Signale W hrend es auf Strecke 9 0 noch m glich war die Signale von Satelliten unter einer sehr geringen Elevation oder stark abgeschw chte Signale zu empfangen kann dies hier ausgeschlossen werden In Tunnelmitte besteht weder eine Sicht zum Himmel noch k nnen abgeschw chte Signale durch den dicken Stahlbeton der Br cke hindurch empfangen werden Beim Ablauf der 277 m langen Strecke kann es dadurch bereits schon zu Signalabbr chen kommen Werden die Tests vom Startpunkt am westlichen Ende siehe Abbildung bis zur 142 m entfernten Tunnelmitte mit anschlie endem Stehenbleiben durchgef hrt k nnen wiederum Aussagen ber Verhalten und Genauigkeit bei Signalausf llen getroffen werden Dadurch zeigt sich auch eine m gliche Vorausberechnung von Positionen usw 63 3 3 Beschreibung der Teststrecken L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 64 277 m 142 m Tunnelmitte gerade kaum ca 4 m Tunnelmitte fest Pflaster Signalunterbrechung bzw Signalabbruch GPS 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Bei den Ger ten die Beschleunigungssensor oder Radarmessungen nutzen sind vor allem unterschiedliche Lauftechniken zu testen was auf Teststrecke 10 0 geschieht Sie entspricht der Strecke 9 1 ist jedoch mit einer L nge von 1
123. e L1 moduliert Diese Nachricht besteht aus mehreren Bl cken welche Uhrenparameter GPS Woche Satellitenuhrfehler bzw korrektionswert usw Ephemeriden Kepler Parameter der Umlaufbahn usw und Almanach Daten Informationen ber Konstellation Ephemeriden Uhrparameter und Funktionsf higkeit aller aktiven Satelliten des GPS Systems sowie Parameter f r die ionosph rische Korrektion usw enthalten Die zum Empfang der Daten notwendigen aktiven mit Vorverst rker oder passiven GPS Antennen werden heute meist mit dem Empf nger selbst in einem Geh use verbaut Wichtigste Komponente des Empf ngers ist der verwendete Chipsatz welcher als Kombination mehrerer zusammengeh riger Schaltkreise anzusehen ist die sowohl f r die Kommunikation mit der Antenne als auch die Verwaltung Weiterverarbeitung und der daf r erforderlichen Kommunikation mit Speicher und oder Ausgabeschnittstellen Displays zust ndig ist Unterschiede der Chips tze zeigen sich in der Art bzw dem Einsatz der Korrelationsempf nger und bei der Signalempfindlichkeit W hrend herk mmlichen Empf nger die Korrelationen der Codefolgen die in Phase bzw Zeit gegen das Referenzsignal verschoben werden einzeln nacheinander berechnen und berpr fen werden bei modernen Chips tzen z B SiRF SiRFstar IL u blox ANTARIS4 u blox 5 gleich 200 000 Korrelationen parallel ermittelt und gepr ft was eine erhebliche Reduzierung des zeitlichen Aufwands zur ersten Positionierung
124. e Wert ist 480 m und liegt somit unter den geforderten 3 bzw 485 m der Mittelwert aller vier L ufe liegt hingegen innerhalb des Toleranzbereichs Auf Grund der Anzeigegenauigkeit der S625X werden Strecken nur auf zehn Meter genau dargestellt aber mit Metergenauigkeit abgespeichert Daher ist ein Vergleich zwischen den angezeigten Distanzen aus dem Feldbuch und den Streckeninformationen aus den Dateien interessant 245 4 6 Polar S625X E Datei E Feldbuch Abbildung 333 Teststrecke 1 0 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken Es wird deutlich dass sich wegen der differierenden Darstellungsgenauigkeiten die angezeigten Strecken von denen in den Dateien leicht unterschieden Der maximale Unterschied ist mit 11 m beim untersten Lauf aufgetreten was bei einer Sollstrecke von 500 m schon einem Fehler von 2 2 entspricht Zudem sind die gespeicherten Strecken bei zwei L ufen k rzer und bei den anderen beiden l nger als die angezeigten Werte Feldbuch m 490 480 490 490 Datei m 499 475 494 479 Anhand der aufgelisteten Strecke ist noch keine Systematik hinsichtlich des ger teinternen Rundungsalgorithmus bei der Anzeige zu erkennen W hrend die beiden mittleren Werte f r das einfache Auf bzw Abrunden sprechen deutet der erste Wert eher auf ein Abschneiden des Einerwertes auf volle 10 m hin Das letzte Zahlenpaar l sst sich mit keiner der beiden genannten Varianten vereinen Daher m ssen Messerergeb
125. e noch 3 5 m zu niedrig gemessen woraufhin sich die Abweichungen immer mehr verkleinern und nach ca 40 Minuten schlie lich die Sollh he erreicht haben Auf diesem Niveau bewegen sich daraufhin alle aufgezeichneten H hen d HA il Un H he We 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 81 Messdach H hengenauigkeit 103 4 1 Garmin Edge 305 4 1 5 Messprinzip Fahrradcomputer Der Edge 305 stellt in erster Linie einen Fahrradcomputer dar Dem Handbuch zufolge werden Geschwindigkeit und Distanzen haupts chlich durch die Verwendung von GPS bestimmt Nur im Falle eines schwachen oder vollst ndigen Aussetzens des Satellitensignals werden diese Informationen ber den Geschwindigkeitsfahrradsensor GSC 10 ermittelt Das Messprinzip eines Fahrradsensors ist in Abschnitt 2 2 beschrieben Im Folgenden wird gezeigt dass es nur in wenigen Situationen zum Einsatz des GSC 10 kommt Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen Die Messergebnisse unter Referenzbedingungen auf Teststrecke 1 0 sind in Abbildung 82 dargestellt Wie bereits bei den vorhergehenden Tests zur GPS Funktion ergeben sich Genauigkeiten gt 99 Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Sollgeschwindigkeit d 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 Meter Weg m Abbildung 82 Teststrecke 1 0 angezeigte Strecken Abbildung 83 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf Anhand des in Abb
126. e zwischen 35 Stunden im Geschwindigkeitsmodus 4 und 50 Stunden im Modus 1 W hrend der Tests deutete das Batterie Symbol auf dem Display wesentlich fr her auf eine leere Batterie hin Davon abgesehen sollte das RDS f r eine genauere Distanzermittlung auf einer bekannten 199 4 5 Ciclosport HAC5 Strecke kalibriert werden was Aufwand und Zeit erfordert Die Bedienung des kleinen Ger tes ist mit drei Kn pfen hingegen recht einfach Zum bertragen der gespeicherten Daten auf den PC wird der HAC5 aus seiner Halterung genommen und ber eine Klemme mit dem USB Kabel verbunden Der Radcomputer muss sich dabei im bertragungsmodus befinden Nach dem ffnen der Software k nnen die gespeicherten Ergebnisse eingeladen werden Da eine Speichergr e von 120 Stunden zur Verf gung steht und bei jedem Anschluss an den PC von Neuem alle auf dem HAC5 aufgezeichneten Daten ausgelesen werden dauert dieser Vorgang 2 3 Minuten Die Auswertung l sst sich anschlie end mit dem bersichtlichen Programm CicloTour s o vornehmen 4 5 3 Tragekomfort Der HAC kann entweder als Fahrradcomputer an einer Lenkerhalterung befestigt oder als Armbanduhr am Handgelenk getragen werden Das Armband passt sich dem Armumfang an und gew hrleistet einen stabilen Sitz des Sportcomputers Durch seine Gr e und das Gewicht von 78 g k nnte er einigen Sportlern u U zu massig sein Der Brustgurt f r die Herzfrequenzmessung schmiegt sich gut an und verrutscht nicht w
127. echten Aufzeichnungs und Anzeigegenauigkeit auf 0 01 km von RDS und HAC machen sich kurzzeitige Geschwindigkeitsfehlmessungen direkt in der berechneten Streckenl nge bemerkbar Liegen Aussetzer bei der Registrierung oder zu hoch gemessene Geschwindigkeiten vor wird die Distanz zu kurz ermittelt Im obigen Beispiel ist das maximale Tempo von ber 7 km h f r durchschnittliches Gehen sehr hoch infolgedessen wird hier vermutlich eine Fehlmessung stattgefunden haben 222 4 Beschreibung der Ger te Gro e und kleine Schrittweiten Im n chten Test werden die Ergebnisse von L ufen mit gro en und kleinen Schrittweiten miteinander verglichen Die Radarwellen des RDS werden durch die beiden verschiedenartigen Laufstile unterschiedlich beeinflusst Meter Meter Abbildung 299 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken bei kleinen Schritten Abbildung 298 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken bei gro en Schritten Die Diagramme lassen erkennen dass beide Laufstile zu unterschiedlichen Strecken f hren Das Laufen mit gro en Schritten Abbildung 298 f hrt zu sehr heterogenen mit einer Standardabweichung von 62 9 m stark gestreuten Ergebnissen Der Mittelwert der Messungen befindet sich bei 51 25 m was einer mittleren Streckengenauigkeit von nur 32 entspricht Dabei stellt ein Ergebnis mit 160 m die geforderte Sollstrecke von 159 4 m sehr genau dar w hrend bei 5 Anderen Werte zwischen O und 20 m registriert werden Man kann in Ab
128. eduziert auf die Anfangsh he ergeben sich in Abbildung 102 Abweichungen zur Sollh he auf der Krone des Gipfels zu maximal 2 50 m Lauf 3 Lauf 1 Lauf 2 Lauf 3 Lauf 4 Sollh he 50 100 150 200 250 Strecke m Abbildung 102 Teststrecke 4 1 Relative H hen Abbildung 103 zeigt erneut einen einzelnen H henverlauf Lauf 1 der jedoch durch starke Schwankungen bis zu 4 m vor allem im letzten Drittel der Strecke gekennzeichnet ist Durch die aufgezeichneten H henverl ufe in Abbildung 104 wird ersichtlich dass im Endeffekt bei jeweils zwei L ufen hnlichkeiten auftreten was damit zusammenh ngt dass es sich bei Lauf 1 und 3 um Abstiege bei Lauf 2 und 4 um Aufsteige handelt Fragw rdig ist allerdings wodurch diese Unsicherheiten bei den Abstiegen hervorgerufen werden 106 16 104 102 100 98 96 Lauf 1 Lauf2 H he m Lauf3 92 90 88 Lauf4 Sollh hen 0 50 100 150 200 250 300 Weg m Abbildung 103 Teststrecke 4 1 Einzelner Abbildung 104 Teststrecke 4 1 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 114 4 Beschreibung der Ger te Um das Verhalten des H henmessers letztendlich noch unter m glichst geringem Einwirken von meteorologischen Einfl ssen zu testen wurde die Teststrecke MZ genutzt bei der au erdem ein Zusammenspiel mit GPS ausgeschlossen werden konnte Die St
129. ei durchschnittlich 1 29 m und die Standardabweichung betr gt 1 16 m W hrend zu Beginn der Messung noch keine Differenzen zum Sollwert auftreten sind es nach einem H henunterschied von 70 m bereits 1 bis 3 m Daraus resultiert eine Genauigkeit von gt 97 5 140 E Sollh hen H he m E Gemessene H hen Abbildung 388 Teststrecke MZ absolute H hen 271 4 6 Polar S625X 4 6 6 Zusammenfassung Mit der Polar S625X liegt ein solides und gut ausgestattetes Laufset bestehend aus der Armbanduhr Pulsmesser und Beschleunigungssensor S1 vor Nach dem Lesen der gut verst ndlichen Bedienungsanleitung ist die Uhr leicht zu bedienen auch der Laufsensor ist schnell und unkompliziert am Schuh befestigt Einzig das An und Abnehmen des Brustgurtes f r die Herzfrequenzmessung ist wegen des Verschlusses teilweise etwas schwerf llig Um ungew nschte Tastendr cke an der Uhr w hrend des Laufens zu vermeiden reagieren die Kn pfe erst sp t auf eine Bet tigung Vorteilhaft ist die lange Aufzeichnungsdauer die in Abh ngigkeit vom eingestellten Speicherintervall zwischen nahezu 11 bis 100 Stunden umfasst Die Daten k nnen jedoch nur mit Infrarot von der Uhr an den PC bertragen werden weshalb der Computer f r eine Auswertung der Daten die entsprechende Schnittstelle besitzen muss In Bezug auf die Genauigkeit ist das Verhalten des Sportcomputers zweigeteilt Der Hersteller gibt eine Abweichung von 3 von den t
130. ei erneut l ngere Distanzen verzeichnet welche die tats chliche Strecke genauer beschreiben Durch die h here Geschwindigkeit macht sich die Anzeigeverz gerung des Displays beim Fahrradcomputer st rker bemerkbar So werden z T bis 40 m zu kleine Werte ausgegeben w hrend diese bei der Aufzeichnung korrekt erfasst wurden 233 4 5 Ciclosport HAC5 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Lem en mm ef ul u x D I Kei E 3 A e Q Vi U dal 500 750 1000 1250 Weg m Abbildung 320 Teststrecke 8 0 Geschwindigkeitsverlauf Fahrradcomputer HAC In Abbildung 320 wird der Geschwindigkeitsverlauf entlang der Strecke dargestellt Es l sst sich erkennen dass die Geschwindigkeit leicht variiert Die auftretenden Extremwerte k nnen den markanten Stellen der Strecke zugeordnet werden Beispielsweise beschreibt der Geschwindigkeitsabfall von 14 4 km h auf 9 km h bei 410 m die Steigung vor dem Ungarischen Pavillon und die daran anschlie ende scharfe Kurve Die folgende Geschwindigkeitszunahme resultiert aus der etwa 4 m abfallenden geraden Strecke entlang der Avenida de Sevilla Das Geschwindigkeitsprofil beschreibt das tats chliche Verhalten soweit aus den generalisierten Daten ersichtlich genau Stellt man die Geschwindigkeit wie in Abbildung 321 in einen zeitlichen Zusammenhang so l sst sich erneut das Speicherverhalten des HAC5 d
131. eil des aufgezeichneten Tracks weist gro e Abweichungen zur Sollstrecke auf Die maximale Querabweichung liegt bei 31 12 m wobei es an vielen Stellen zu Werten in der Gr enordnung bis zu 20 m kommt Google ug i d i GG 2 x Miz i Zeiger 32 U FAA TO ETARA E EAT NIE H he 786 Ubertragung 100 ALUA 810 m Abbildung 117 Teststrecke 2 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Nur in wenigen Teilen der Strecke kommt es zu berlappungen wie beispielsweise im s dlichen Teil Durch die h here Anzahl von GPS Satelliten in Richtung S den und die verbessere Empfangsm glichkeit von EGNOS Korrekturdaten fallen aufgezeichneter Track und Sollstrecke fast zusammen was in Abbildung 118 noch einmal vergr ert dargestellt ist Zu hnlichen Effekten kommt es auch in Abbildung 119 Auf der linken Seite der Geb ude wird der aufgezeichnete Weg durch die kurzzeitig verbesserten Empfangsbedingungen wieder an die Sollstrecke angen hert w hrend es durch den Fu g nger berweg auf der rechten Seite zu gro en Unsicherheiten und starken Abweichungen kommt Hier zeigen sich Schw chen in der absoluten Positionierung Obwohl sich der Startpunkt im u ersten Nordosten des Kurses noch relativ gut zur Initialisierung eignet beginnen einige registrierte Tracks ihre Aufzeichnung direkt in Geb uden wie in Abbildung 120 zu sehen ist 126 4 Beschreibung der Ger te Goegle Abbildung 118 Teststrecke 2 0 Kurve im Abbildung 119
132. ein Der Mittelwert betr gt 488 m und die Standardabweichung liegt bei 21 6 m Streckengenauigkeit gt 90 2 Dies ndert sich jedoch wenn man den zweiten Lauf aus der Genauigkeitsbetrachtung herausnimmt Mittelwert 500 33 m Standardabweichung 3 78 m und Streckengenauigkeit gt 99 Da man anhand der Aufzeichnungen des Edge auf keinerlei Ursachen schlie en kann ist davon auszugehen dass es sich hierbei um zus tzlich schlechtere Bedingungen Konstellation Anzahl der Satelliten handelte da der besagte Lauf beispielsweise auch in S d Nord Richtung durchgef hrt wurde Letzteres ist bei dem vierten Lauf auch der Fall doch dieser liegt hingegen bei 99 4 der Sollstrecke von 500 m 86 4 Beschreibung der Ger te 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 43 Teststrecke 3 0 Angezeigte Strecken E Datei E Feldbuch Abbildung 44 Teststrecke 3 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Die Tests im Wald unterst tzen die Vermutung der verl ngerten Rechenzeit bei verschlechterten Bedingungen und die damit verbundene Verz gerung der Anzeige siehe Abbildung 44 Der soeben besprochene zweite Lauf scheint davon besonders betroffen zu sein Hier ergibt sich eine Differenz von 108 m zwischen den aufgezeichneten und den angezeigten Distanzen was die These der zus tzlich schlechteren Bedingungen noch unterstreicht Aber auch bei allen anderen L ufen ergeben sich Unterschie
133. eine Angabe von 95 Genauigkeit dass auf die absolut gesehene Strecke mit einer Abweichung von 5 zu rechnen ist Bei einer 1000 Meter langen Distanz w re also von einem Fehler mit 50 m auszugehen Das Genauigkeitsniveau ist dabei nicht als fest anzusehen denn es wird blicherweise aus vielen Einzelmessungen bestimmt Die Fehler k nnen also auch kleiner oder gr er sein es handelt sich nur um eine durchschnittliche Aussage Bei den Tests wurden die Messungen mindestens 4 mal durchgef hrt um die Ergebnisse gegen die verschiedenen Fehlerarten abzusichern Traten bei einer Versuchsdurchf hrung h ufig unterschiedliche Werte auf so wurden zus tzliche Messungen vorgenommen 42 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 3 2 Genauigkeitsanforderungen an die Ger te Bei den getesteten Ger ten handelt es sich berwiegend um Sportcomputer der gehobenen Preisklasse welche wohl besonders f r ambitionierte Hobby und Leistungssportler interessant sein d rften Dementsprechend wird von den Ger ten eine hohe Strecken und Distanzmessgenauigkeit erwartet Dabei ist zwischen den verschiedenen Messprinzipien zu unterscheiden GPS Unter optimalen Bedingungen lassen sich bei GPS Messungen Strecken mit einer Genauigkeit von durchschnittlich gt 99 bestimmen Die hohe Pr zision wird dabei durch die kurzen Abst nde zwischen den Positionierungen erreicht Die zur ckgelegten Distanzen werden haupts chlich auf Grundlage relativer Daten berechn
134. eit einer Anpassung der Anzeige In Abbildung 106 sieht man beispielsweise nur die Stoppuhr unten und die zur ckgelegte Strecke oben Drei der vier Abbildung 106 Anzeige des Wrist Displays mitgelieferten AAA Akkus versorgen den W600 ber einen gro en Zeitraum mit Strom Das im Lieferumfang enthaltene Ladeger t besitzt keine Verl ngerungsschnur und muss direkt in die Steckdose eingesteckt werden Au erdem ist es nur m glich entweder 2 oder 4 Batterien gleichzeitig zu laden ben tigt werden aber 3 Sowohl die Kontakte des Ladeger ts als auch die Klappe des Batteriefachs des W600 wirken nicht einwandfrei verarbeitet W hrend die Statusleuchten die den Ladevorgang symbolisieren sollen erst nach kleineren Verschiebungen und Verdrehungen der Akkus aktiv werden steht der Deckel auf der R ckseite des Recorders zu allen Seiten hin etwas ber was bei der Bedienung nat rlich keinen Nachteil darstellt Die Installation und Bedienung der mitgelieferten Software FRWD Replayer PRO sind unkompliziert Das Programm bietet die M glichkeit wie in Abbildung 107 zu sehen ist den gesamten bertragenen Track im sogenannten Replay Modus noch einmal mit verschiedenen Geschwindigkeiten abzuspielen Dabei wird der Weg in einer bersichtskarte 2D oder 3D und direkt daneben der zugeh rige H henverlauf 119 4 2 FRWD W600 FRWD Replayer PRO Track 02 Walki noderate effort gt rr 0 Ir Walking m rate Detei Recorde
135. eiten auf 3 150 200 250 300 350 400 Zeit s Abbildung 271 Teststrecke 5 0 H henverlauf 210 4 Beschreibung der Ger te Teststrecken 6 0 und 7 0 unterschiedliche Untergr nde Auf den beiden folgenden Teststrecken 6 0 und 7 0 werden die Verhaltensweisen des Ger tes in Bezug auf verschiedene Untergrundarten und damit verbundenen differierenden Reflexionseigenschaften untersucht Teststrecke 6 0 stellt einen Lauf ber Rasen dar bei dem die Mikrowellen an Grashalmen diffus gebrochen werden Zum Vergleich findet ein Testlauf Teststrecke 7 0 auf einem Feldweg mit feinem Schotter statt um Aussagen ber die Auswirkungen der Untergrundtypen treffen zu k nnen 0 200 400 600 0 200 400 600 Meter Meter Abbildung 272 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 273 Teststrecke 7 0 Schotter angezeigte Strecken angezeigte Strecken In den beiden Abbildungen lassen sich die angezeigten Distanzen auf den Teststrecken 6 0 auf Rasen Abbildung 272 und auf lockerem Schotter Abbildung 273 mit einer Sollstrecke von jeweils 500 m erkennen Der Mittelwert f r den Rasen Test betr gt 527 5 m Standardabweichung nur 5 m auf dem Feldweg hingegen 480 0 m mit 24 5 m Standardabweichung Es l sst sich konstatieren dass die Strecken auf einem diffus reflektierenden Untergrund gr er angezeigt werden als auf einem Feldweg mit feinem Schotter Die Abweichungen zur Sollstrecke auf Rasen fallen mit durchsc
136. ellen sowohl zur Einmessung der Strecke als auch bei den Tests H hen gemessen bzw abgelesen wurden Es kommt dabei meist nur zu kleineren Abweichungen von jeweils 1 2 m ausgenommen Lauf 2 Dabei ist die Ursache der offensichtlichen Verschiebung eine falsch bestimmte Anfangsh he und ein dadurch verf lschter erster H henunterschied 20 Lauf 1 E Lauf 2 h Lauf 3 Lauf A W Sollh he reduzierte H he m 10 Strecke m Abbildung 99 Teststrecke 4 0 Relative H hen W hrend Abbildung 100 einen einzelnen typischen H henverlauf aus den aufgezeichneten Werten Lauf 4 aufzeigt werden in Abbildung 101 alle 4 L ufe in einem Diagramm kombiniert mit der relativen Sollh he dargestellt 105 20 100 Lauf 1 H he m Lauf 2 90 Lauf 3 Lauf 4 85 zb Sollh he 250 80 Weg m 10 Abbildung 100 Teststrecke 4 0 Einzelner Abbildung 101 Teststrecke 4 0 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 113 4 1 Garmin Edge 305 Teststrecke 4 1 bietet eine gleichm ige Steigung bzw ein gleichm iges Gef lle ber eine l ngere Strecke von 259 m siehe Teststrecken Hier fanden weitere Genauigkeitsuntersuchungen statt Dabei wurden zwei H hen genau gemessen wodurch ein H henunterschied von 12 41 m zustande kommt An diesen zwei Stellen fanden daraufhin auch die Ablesungen statt R
137. ematischer verh lt es sich bei 209 4 5 Ciclosport HAC5 den 5 Meter Werten W hrend in der Datei gerade der n chst h here Zehnerwert registriert wird f hrt die Anzeigeverz gerung des Displays noch zu einer Darstellung des kleineren Zehnerwertes Offensichtlich kam es bei den vier Messungen nur zu eindeutigen Ergebnissen Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit E Ten a6 a U Kr 29 CH E 3 alba Q Vi U UI Abbildung 270 Teststrecke 5 0 Geschwindigkeitsverlauf Die hohen Abweichungen der Streckenmessungen im Vergleich zum Sollwert von 400 m lassen sich anhand des Geschwindigkeitsverlaufes in Abbildung 270 erl utern Bewegte Umgebung f hrt dazu dass die Radarwellen unterschiedlich reflektiert werden Verringert sich der Abstand zwischen dem Sender RDS und anderen Objekten z B durch entgegenkommende Personen wird eine scheinbar h here Geschwindigkeit registriert Das Vorbeilaufen an gehenden Menschen f hrt folglich immer bei einem in Laufrichtung ausgerichteten RDS zu Abstandsverkleinerungen Aus diesem Grund lassen sich die bis zu 18 km h hohen Geschwindigkeiten Abbildung 270 erkl ren Berechnungen der Strecke beruhen auf den wahrgenommenen Geschwindigkeiten und der Laufzeit Geschwindigkeit x Zeit Weg Zu hohe Geschwindigkeiten verursachen somit zu lange Distanzen Der entsprechende H henverlauf Abbildung 271 weist keine Besonderh
138. en Bedienung 4 2 3 Tragekomfort Das Gesamtgewicht des kompletten Sets betr gt 245 g wobei sich 143 g auf den Oberarm 46 g auf das Handgelenk und 56 g auf die Brust verteilen Die Uhr sitzt sehr gut am Handgelenk und f llt weder optisch noch vom Gewicht her auf Der Pulsmesser 56 g liegt mit seinem verstellbaren und elastischen Band gut an der Brust an Umfang von ca 66 94 cm Die Oberarmhalterung mit dem Recorder ist auch f r gr ere Umf nge geeignet ca 20 50 cm Gewicht und Material lassen sich an der Stelle angenehm tragen Etwas st rend ist jedoch das bei angezogenem Band berstehende Endst ck was beim Laufen etwas herumfliegt Bei einer Kombination aus sehr rutschigen Kleidermaterialien und Armhalterung muss letztere sehr fest angezogen werden damit diese nicht st ndig weiter nach unten rutscht Dies kann jedoch bei l ngeren Trainings auch unangenehm werden wenn die Halterung zu eng anliegt 120 4 Beschreibung der Ger te 4 2 4 Messprinzip GPS Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen F r die Untersuchung der Genauigkeit der Distanz und Geschwindigkeitsmessung des FRWD W600 wurde dieser zun chst auf der Referenzstrecke siehe Teststrecke 1 0 unter optimalen Bedingungen getestet Dabei wurden folgende Distanzen gemessen 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 108 Teststrecke 1 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m Aus den Werten in Abbildung 108 resultieren ein Mittelwert von 495 m u
139. en Beschreibung des Forerunner 305 Dieses ist sehr anschaulich mit vielen Bildern und bersichtlich gestaltet Durch das Inhaltsverzeichnis am Anfang oder das Schlagwortverzeichnis am Ende der Bedienungsanleitung werden gesuchte Themen Begriffe sehr schnell gefunden F r die Bedienung des Edge 305 ist es aber nicht unbedingt erforderlich die Anleitung komplett durchgelesen zu haben Das Ger t l sst sich fast intuitiv durch Nutzung der 7 Steuertasten die durch ihre Beschriftung bereits eindeutig zugeordnet werden k nnen bedienen Die Men f hrung ist leicht verst ndlich und bersichtlich gestaltet f Forerunner sos Abbildung 190 Je nach Wunsch besteht im Hauptmen die M glichkeit einen zwei drei oder vier Werte anzuzeigen Diese Datenfelder k nnen daraufhin zus tzlich nach Belieben mit dem gew nschten Messwert belegt werden In Abbildung 190 werden beispielsweise Zeit Stoppuhr Geschwindigkeit Distanz und Uhrzeit angezeigt Einzig und allein die Karte mit der zur ckgelegten Strecke ist nicht sonderlich bersichtlich Hier Abbildung 190 Anzeige des befindet sich weder eine Stra enkarte im PO ANNE Hintergrund noch kann man diese verschieben Wird eine l ngere Distanz zur ckgelegt kann dieser Teil nur durch eine nderung des Ma stabs berhaupt betrachtet werden was eine dementsprechend schlechte Aufl sung dieses Teilst cks zur Folge hat Der Lithium lonen Akku versorgt den Forerunner 305 ber eine
140. en Kilometerz hler konstruierte Er entwickelte ein durch ein Rad 16 2 Technische Grundlagen angetriebenes maschinenm iges Z hlwerk um die zur ckgelegte Wegstrecke von Mietkarren zu ermitteln Auf diese Weise wurden auch die r mischen Stra en vermessen Bei einem Kilometerz hler auch Hodometer genannt werden durch das rotierende Rad Z hlimpulse erzeugt welche vom Z hlwerk registriert aufsummiert und als zur ckgelegte Wegstrecke in der Einheit Kilometer angezeigt werden Erfolgt die Streckenberechnung eines mechanischen oder elektronischen Ger tes durch das Z hlen von Schritten so wird von Pedometern gesprochen Im alten China entwickelte sich ein zu Vitruvius Idee hnliches Prinzip Diversen Literaturangaben aus dem dritten Jahrhundert zufolge wurde ein Wagen Trommelwagen geschoben der nach jedem zur ckgelegten Lit eine Trommel schlug und nach zehn Li einen Gong ert nen lies Nach dieser Grundfunktionsweise arbeiten noch heute die Kilometerz hler in diversen Fahrzeugen Allerdings wurde im Laufe des 20 Jahrhundert bei den meisten Ger ten das mechanische Z hlwerk durch elektromechanische und zunehmend elektronische Bauteile ersetzt 1885 kam es bei sterreichischen Milit rfahrr dern zur ersten Spezialisierung f r das Zweirad Die zur ckgelegte Wegstrecke wurde mit einem Zyklometer griech K K O Zyklo Kreis Ring erfasst Das Prinzip ist dabei dass sich die zur ckgelegte Wegstrecke ergibt indem
141. en Lithium lIonen Akku sichergestellt der laut Hersteller f r bis zu 12 Stunden Betrieb ausgelegt ist Zum 73 4 1 Garmin Edge 305 Laden des Akkus wird die Mini USB Schnittstelle an der R ckseite des Edge 305 genutzt Dadurch kann das Ger t nicht nur durch Nutzung des mitgelieferten Ladeger ts Kabell nge ca 1 80 m sondern auch durch Anschluss an einen PC Laptop mittels USB bertragungskabel ca 1 10 m geladen werden Der Edge besitzt ein Monochrom Display ca 28 x 35 mm das neben Standardsymbolen f r Batteriezustand Satelliten Pulsmesser und Trittfrequenzmesserempfang verschiedenste Messwerte oder aus diesen berechnete Gr en anzeigen kann Die Ger tefirmware bietet mehrere Men s die folgende Informationen enthalten Nach dem Einschalten des Edge erscheint direkt auf den Startbildschirm folgend ein Skyplot der Satelliten der deren Konstellation am Himmel verdeutlicht Au erdem wird hier die erreichbare GPS Genauigkeit angegeben Nach einer durchschnittlichen Initialisierungszeit von 32 Sekunden sind die Mehrdeutigkeiten gel st Garmin legt hierf r eine Grenze bei maximal 44 Sekunden Kaltstart fest die w hrend der Tests an verschiedenen Standorten auch nie berschritten wurde Daraufhin wechselt die Anzeige direkt in das Fahrrad Computer Men wo eine Anzahl von 1 bis 8 verschiedenen Messgr en und berechneten Werten z B verschiedene Durchschnittswerte pro Seite insgesamt zwei Datenseiten dargestellt we
142. en bestehen welche sich auf 6 fast kreisf rmigen Umlaufbahnen in einer nominellen H he von 20 200 km in ca 12 Stunden um die Erde bewegen Ende 2006 waren es allerdings bereits 29 aktive Satelliten Dank der nahezu fl chendeckenden Verf gbarkeit kann man mit einem geeigneten Empf nger durch die Messung von Pseudoentfernungen zu mindestens 4 Satelliten seine Position fast berall auf der Erde bestimmen was bereits aus dem eigentlichen Namen des Systems hervorgeht NAVSTAR Navigation System for Timing and Ranging GPS kann man in ein Raumsegment ein Nutzersegment und ein Kontrollsegment unterteilen 2 1 2 Geschichtliche Entwicklung 1973 beschloss das US Milit r die Entwicklung eines neuen Satellitennavigationssystems hnlich wie das seit 1958 existierende Transit System der US Marine was aus 6 Satelliten in ca 1200 km H he bestand seit 31 12 1996 au er Betrieb Nachdem in den folgenden Jahren einige Tests des Systems und der ersten Empf nger stattfanden startete 1978 der erste Block I Satellit in den Weltraum Block I ist die Bezeichnung f r die Satelliten welche f r die Erprobungsphase des Systems vorgesehen waren Die folgenden Jahre gab es kleinere Probleme und R ckschl ge So wurde der Nutzen des Systems immer wieder in Frage gestellt Mittel gek rzt oder ber den Einsatz von nur 18 Satelliten diskutiert 1983 kam das US Verteidigungsministerium zu dem Entschluss das GPS System auch f r die zivile Nutzung zur Verf gun
143. en ergeben sich nur mangelhafte bis maximal ausreichende Ergebnisse Das R ckw rtslaufen ist laut der durchgef hrten Tests mit der Polar S625X so gut wie gar nicht mit einer brauchbaren Streckenmessung zu verbinden dies ist mit der Ciclosport HAC 5 RDS Il bedingt m glich Allerdings sind auch hier die erzielten Genauigkeiten als mangelhaft zu bezeichnen 281 4 Ger tevergleich 4 7 2 Empfehlungen Der Garmin Forerunner 305 ist L ufern in allen Regionen zu empfehlen Sie stellt die ausgeglichenste Sportuhr dar besitzt jedoch leichte Schw chen in H userschluchten oder zwischen anderen gr eren Bauwerken Der Garmin Edge 305 ist vor allem Fahrradfahrern im Flachland zu empfehlen Die einzigen Schw chen des Ger ts liegen bei gr eren H henunterschieden auf kurze Distanzen oder auch in dichteren Waldst cken vor Diese f r GPS Messungen bekannte Schw che kann jedoch durch Einsatz des Geschwindigkeitsmessers vernachl ssigt werden Der FRWD W600 ist besonders L ufern oder auch Skifahrern im Bergland unter freiem Himmel zu empfehlen Der eingebaute barometrische H henmesser liefert sehr hohe Genauigkeiten wobei die absoluten H hen meist fehlerhaft sind Schw chen besitzt der GPS Empf nger vor allen Dingen bei Abschattungen jeglicher Art Die Casio GPR 100 ist vor allem den Personen zu empfehlen die eine alltagstaugliche Sportuhr mit Entfernungs und Geschwindigkeitsmessung suchen welche jedoch nur unter freiem Himmel
144. en kann F r verschiedene Benutzer lassen sich pers nliche Daten und Trainingszielzonen f r Geschwindigkeit und Herzfrequenz festlegen 5 abgespeicherte Trainingsabl ufe Tests sowie mit dem Ger t durchf hrbare Fitnesstests Ermittlung der maximalen Sauerstoffkapazit t und Herzfrequenz vervollst ndigen den Funktionsumfang Der Pulsmesser besteht aus einem Gurt und einem abtrennbaren Sensor in welchem sich auch eine CR Knopfbatterie befindet die mit einer angegebenen Lebensdauer von 2 Jahren bei einer t glichen einst ndigen Nutzung ausgestattet ist Per codiertem Funk werden die ermittelten Daten an den Armbandempf nger bertragen Die Sendeeinheit wiegt inklusive Batterie 70 g und hat eine Gr e von 4 36 x 8 34 x 3 21 cm w hrend der Brustg rtel f r einen Umfang von etwa 65 88 cm ausgelegt ist und ein Gewicht von 70 g aufweist F r die Geschwindigkeits und Entfernungsmessung ist der Laufsensor S1 in diesem Set von grundlegender Bedeutung Ausgestattet mit einer AAA Batterie ca 20 Betriebsstunden wird der Foot Pod mit einer speziellen Halterung an den Schn rsenkeln eines Schuhs befestigt Anhand von Beschleunigungsmessungen in zwei Richtungen werden Informationen ber die einzelnen Schrittl ngen und aufsummiert 242 4 Beschreibung der Ger te ber die Gesamtdistanz bzw unter Beachtung der Zeit ber die Laufgeschwindigkeit gewonnen Das Funktionsprinzip ist in Abschnitt 2 4 3 geschildert Auch der Laufsensor bertr g
145. er Ergebnisse von der kurvigen Teststrecke 8 0 sprechen f r einen weitgehenden Einsatz von GPS Im Diagramm Abbildung 93 ist entsprechend der langen Distanz ein etwas weniger schwankender Geschwindigkeitsverlauf dargestellt Die deutlichen Minimalpunkte der Geschwindigkeit lassen sich auf die Kurven der Strecke zur ckf hren Offensichtlich waren ber die gesamte Distanz ausreiche GPS Signale empfangbar Sollte es zu einem kurzzeitigen GCS 10 Zugriff gekommen sein so ist dies der Abbildung nicht zu entnehmen Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit dSollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h T 250 500 750 1000 1250 Weg m Abbildung 93 Teststrecke 8 0 Geschwindigkeitsverlauf 109 4 1 Garmin Edge 305 W hrend auf dem Display des Edge Distanzen zwischen 1060 und 1080 m abzulesen waren sind in den Aufzeichnungen konstant 1100 m vermerkt Abbildung 94 Folglich macht sich hier die Anzeigeverz gerung erneut bemerkbar Die Genauigkeiten betragen gt 98 E Datei E Feldbuch 1000 1250 Abbildung 94 Teststrecke 8 0 angezeigte und gespeicherte Strecken Teststrecke 9 0 Signalunterbrechung Auf Teststrecke 9 0 wurde das Verhalten bei einer kurzzeitigen GPS Signalunterbrechung berpr ft indem die Strecke unter einer etwa 15 m langen Br cke entlang f hrte Die Ergebnisse zeigen dass auch hierbei der Fahrradsensor nicht nachweisbar eingesetzt wurde
146. ere Ist Geschwindigkeit so erkennt man dass diese fast identisch sind Die Differenz betr gt nur 0 04 km h wobei sich die Sollgeschwindigkeit auf die Sollstrecke dividiert durch die tats chlich verstrichene Zeit bezieht Insgesamt kann man also eine sehr gleichm ige Geschwindigkeit ber die gesamte Strecke beobachten Diese wird auf eine Nachkommastelle genau berechnet was gr ere Schwankungen durch Rundungen gar nicht erst erm glicht Teilweise ndert sich der Wert in 30 Sekunden gar nicht was auf eine Gl ttung der Messwerte deutet Dies spiegelt sich auch in den H henverl ufen wie in Abbildung 114 wieder Die Werte bewegen sich hier insgesamt nur in einem Bereich von 1 10 m Der H henunterschied vom Start bis zum Endpunkt bel uft sich auf Teststrecke 1 0 auf 1 17 m Dem Graphen kann man eine H hendifferenz zwischen Start und Ziel von 0 90 m entnehmen Die Abweichung von 0 27 m kommt nur durch die leichte Schwankung am Ende des Verlaufs zustande Etwas komisch ist auch dass es auf den ersten 130 m zu keinerlei H hen nderungen kommt Insgesamt kann man aber f r diesen Verlauf sagen dass die vom Hersteller angegebene Genauigkeit von lt 1 m bei relativen H hen bei Weitem eingehalten wird H he m 0 100 200 300 400 500 600 Weg m Abbildung 114 Teststrecke 1 0 H henverlauf 124 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 2 0 eingeschr nkte Sicht durch Geb ude Anschlie end wu
147. ese Weise unterdr ckt wird Die am Ziel auf der Uhr angezeigten Strecken sind in folgender Grafik veranschaulicht 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 256 Teststrecke 1 0 angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m Es ist auff llig dass alle Distanzen 10 30 m zu lang angezeigt werden Der Mittelwert der vier Messungen betr gt 513 25 m mit einer Standardabweichung von 8 3 m Dies entspricht einer mittleren Abweichung von 2 65 und im schlechtesten Falle 6 bei der 530 m langen Distanz Die Anzeige und Aufzeichnungsgenauigkeit des HAC5 ist bei Geschwindigkeiten auf 0 1 km h und bei Strecken auf 0 01 km 10 Meter beschr nkt In der folgenden Darstellung ist ein Vergleich zwischen den angezeigten und abgespeicherten Strecken zu sehen 201 4 5 Ciclosport HAC5 u Feldbuch u Datei Abbildung 257 Teststrecke 1 0 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken Der Abbildung kann entnommen werden dass die in den Dateien registrierten Streckenl ngen immer gr er und einmal gleich der angezeigten Werte sind Bei diesem Test ergibt der Mittelwert aus den abgespeicherten Distanzen 530 m und liegt 17 m ber dem der ausgegebenen Strecken Da bei beiden Methoden die gleiche Darstellungsgenauigkeit verwendet wird sollten sich die Wertepaare bei einer zeitgleichen Ausgabe nicht unterscheiden Die hier vorliegende Situation deutet darauf hin dass die Daten zuerst gespeichert werden und dann leicht verz ge
148. et wobei die ausbreitungsspezifischen Fehler Abschnitt 2 1 5 keine Auswirkung mit sich bringen und folglich die dadurch hervorgerufenen negativen Effekte unterdr ckt werden k nnen Geht man von einer zu 99 genau bestimmten 500 m langen Strecke aus so sollte die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung bei 10 km h etwa 0 1 km h 0 03 m s betragen Bei absoluten Positionsbestimmung soll nach kowoma 2007 eine Genauigkeit von lt 15 m erreicht werden Haben die GPS Ger te die M glichkeit EGNOS Korrekturdaten zu empfangen so l sst sich die Positionierung auf lt 3 m verbessern Fahrradcomputer ber Fahrradsensoren lassen sich Geschwindigkeiten und Distanzen sehr genau ermitteln Das Messprinzip beruht dabei auf der Z hlung von Impulsen welche durch einen am drehenden Rad befestigten Magneten induziert werden Die beiden Parameter lassen sich ableiten wenn der entsprechende Radumfang bekannt ist Einzige variable Gr e ist somit der Reifenumfang Die erzielbare Pr zision ist folglich neben vernachl ssigbar kleinen anderen Fehlern direkt von der Genauigkeit der Umfangbestimmung abh ngig Wie das Rechenbeispiel in Abschnitt 20 verdeutlicht macht ein um 5 mm zu gro bestimmter Radumfang 2075 mm bei einer tats chlichen Gr e von 2070 mm einen Fehler von 0 24 aus Dies entspricht bei einer 50 km langen Strecke einer Abweichung von 120 m In Bezug auf die Geschwindigkeit ist die Auswirkung des Fehlers noch geringer Bei ei
149. eutlich machen Auch bei dieser Messung befinden sich wieder alle Knickpunkte an einer durch 20 s teilbaren Position auf der Zeitachse Die Verbindungsst cke werden durch gerade Linien repr sentiert da die fehlenden Zwischenpunkte durch lineare Interpolation berechnet und abgespeichert wurden Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h O 60 120 180 240 300 360 420 Zeit s Abbildung 321 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Fahrradcomputer HAC 234 4 Beschreibung der Ger te Eine Betrachtung des H henprofils in Abbildung 322 zeigt dass der Streckenverlauf einwandfrei registriert wurde Die senkrechten Verbindungen in der Darstellung resultieren aus 2 aufeinanderfolgenden Speicherpunkten an denen dieselbe Strecke verzeichnet wurde Tr gt man anstelle des Weges die H he gegen die Zeit auf so ergibt sich ein nur leicht differierendes Profil Abbildung 323 108 106 104 102 H he m H he m 100 98 96 0 200 400 600 800 1000 1200 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Weg m Zeit s Abbildung 322 Teststrecke 8 0 H henverlauf Abbildung 323 Teststrecke 10 0 H he im Fahrradcomputer HAC zeitlichen Verlauf Fahrradcomputer HAC 235 4 5 Ciclosport HAC5 4 5 6 Messprinzip barometrische H henmessung Zur Untersuchung der Genauigkeit des eingesetzten barometrischen H henmessers wurde
150. ezeichneter Track gelb Abbildung 217 zeigt einen berblick ber die gesamte Strecke 8 0 Dazu wurde ein aufgezeichneter Track gelb beispielhaft ausgew hlt um ihn mit der Sollstrecke pink zu vergleichen Wie hier ersichtlich wird kommt es nur an wenigen Stellen berhaupt zu erw hnenswerten Abweichungen der aufgezeichneten Streckenpunkte zu der vorher pr zise eingemessenen Sollstrecke maximale Querabweichung 5 82 m Um Aussagen ber eingesetzte Berechnungsverfahren und Filter treffen zu k nnen wurden daf r 180 4 Beschreibung der Ger te spezielle Szenarien angelegt In Abbildung 218 kommt es w hrend des Laufs zu einer 90 Drehung in einem Punkt Der Verlauf der Kurve wird hier leicht gegl ttet obwohl man bei der ersten Richtungs nderung fast einen rechten Winkel erkennen kann Es kommt weder zu einem sogenannten Drift noch werden die Kurve charakterisierende Punkte abgeschnitten In Abbildung 219 kann man den gleichen Effekt beobachten In diesem Fall handelt es sich allerdings um eine leicht abgerundete Kurve die ber 2 Punkte definiert ist woraufhin die Gl ttung etwas st rker ausgepr gt ist Abbildung 218 90 Drehungen in einem Punkt Abbildung 219 Abgerundete Kurve 2 Punkte 181 4 4 Garmin Forerunner 305 Abbildung 220 Pl tzlicher Spurwechsel Abbildung 221 Stark abgerundete Kurve Ein pl tzlicher Spurwechsel wie in Abbildung 220 ist fast gar nicht zu erkennen Hierf r sind einerseit
151. f sind den Sportuhren aber nicht in allen F llen berlegen Durch die neuste Generation von Chips tzen die eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzen ist der Empfang von GPS Signalen auch bei eingeschr nkten Sichten und geringf gigeren Abschattungen m glich Allerdings treten vor allen Dingen in H userschluchten und nat rlich innerhalb von Geb uden Schwierigkeiten auf Diese k nnen letztendlich so weit gehen dass eine Messung unm glich wird Abschattungen sind f r Beschleunigungssensoren unproblematisch was auch den Einsatz in H userschluchten oder innerhalb von Geb uden z B Sporthallen erm glicht W hrend verschiedene Untergr nde keinen Einfluss auf die Genauigkeit haben sind 283 5 2 Ausblick Laufstile und Techniken hierf r hingegen entscheidend Das R ckw rtslaufen erzeugt beispielsweise vollst ndig fehlerhafte Messwerte Das besagte Problem tritt bei Ger ten mit Radarsensoren nicht auf Allerdings haben hier wiederum unterschiedliche Untergr nde einen sehr starken Einfluss auf die Genauigkeit Von Bedeutung sind au erdem die gew hlten Laufstile und Techniken sowie die Lebendigkeit der gew hlten Umgebung Bei den H henmessungen entstehen meist nur bei der Bestimmung von absoluten H hen Schwierigkeiten was vor allem die per GPS ermittelten recht unischeren Werte betrifft Barometrische H henmesser liefern relative H hen die sehr hohe Genauigkeiten aufweisen F r die Messung absoluter H hen m ssen
152. f diese Weise entf llt die hinderliche Befestigung des Kabels am Fahrradrahmen und die Computer lassen sich schneller an andere R der montieren 19 2 2 Fahrradcomputer 2 2 4 Fehlereinfl sse F r die Genauigkeit der ermittelten Geschwindigkeit und zur ckgelegten Wegstrecke ist besonders die Kenntnis der exakten Gr e des Reifenumfangs bzw des Radius von Bedeutung Dies ist die einzige Gr e die direkt in Formel 2 1 zur Streckenberechnung mit einflie t Wird eine falsche Gr e ermittelt so wirkt sich dieser Fehler auch auf alle anderen davon abgeleiteten fahrdynamischen Parameter wie beispielsweise die Geschwindigkeitsangaben in Form eines Ma stabsfaktors aus Bei der Installation des Fahrradcomputers kann der Reifenumfang eingegeben werden F r eine pr zise Wegermittlung muss dieser folglich zun chst m glichst exakt ermittelt werden Abnutzungseffekte des Reifens und Ver nderungen des Luftdrucks f hren Reifenumfangsabweichungen mit sich woraus folgt dass der Einstellungsvorgang f r genaue Messwerte in gewissen Zeitabst nden zu wiederholen ist Die einfachste aber unpr ziseste Variante ist das unmittelbare Ablesen der Reifengr e auf dem Fahrradreifen Der mittlere Reifenumfang kann einer Tabelle entnommen und am Fahrradcomputer eingestellt werden Eine andere M glichkeit besteht in der Messung des u eren Raddurchmessers mit Hilfe eines Ma bandes Der so erhaltene Wert muss mit der Kreiszahl Pi m 3 14 multi
153. fehlerquelle bei gr eren H henunterschieden durch die Unsicherheit der Temperaturerfassung zustande kommt w hrend bei kleinen H hen nderungen die Ablesegenauigkeit f r Verschlechterungen der Gesamtgenauigkeit verantwortlich ist Bei einer Unsicherheit der Temperaturerfassung von 1 C was relativ hoch angesetzt ist und einer realistischen Genauigkeit der Ablesungen von 0 05 bis 0 1 mbar k nnen bei H henunterschieden bis 200 m Genauigkeiten von 1 m erreicht werden Kahmen 1997 40 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 3 1 Erl uterungen zum Begriff Genauigkeit In dieser Arbeit soll die Messgenauigkeit von Sportuhren mit Geschwindigkeits und Entfernungsfunktion untersucht werden Daf r ist zun chst die Bedeutung des Wortes Genauigkeit zu kl ren Anhand der Genauigkeit l sst sich angeben wie pr zise Messungsergebnisse bestimmt werden k nnen V llig fehlerfreie Messungen sind infolge der M ngel der Messger te und der Unvollkommenheit der menschlichen Sinne nicht m glich Die Messungen werden daher in der Regel mehrere Male wiederholt Kahmen 1997 Messfehler werden je nach der Art ihrer Entstehung in drei Kategorien eingeteilt e Grobe Fehler e Systematische Fehler e Zuf llige Fehler Grobe Fehler entstehen durch Nachl ssigkeiten w hrend der Messung Von Instrumenten falsch abgelesene Werte Zahlendreher usw geh ren zu dieser Gruppe welche sich durch Ko
154. fen werden Ein weiteres wichtiges Kriterium optimaler Bedingungen ist das Wetter Die Tests fanden aus diesem Grund bei klarem sonnigem Himmel und trockenem Untergrund statt L nge 500 m Verlauf gerade Steigung kaum ca 1 17 m Untergrund fest Asphalt Besonderheiten keine Funktionsprinzipien GPS Radar Fahrradcomputer Beschleunigungssensor 47 3 3 Beschreibung der Teststrecken SEE ae Zu 1 Ku Ap N Ka AE KN CH e u D o Ka gd r e p K A i af Te Lem ki Leg D Ae ei Google Teststrecke 2 0 befindet sich direkt auf dem EXPO Gel nde von 2000 Dieser Rundkurs beginnt wenig unterhalb der nord stlichen Kurve siehe Abbildung An dieser Stelle kann eine problemlose Initialisierung Feststellung der ersten Positionierung durchgef hrt werden was eine Messung zun chst erst einmal erm glicht und zugleich optimale Bedingungen f r GPS Ger te darstellt Durch die hier durchgef hrten Tests sollen die Auswirkungen von eingeschr nkter Sicht und dem daraus resultierenden verschlechterten Empfang der GPS Signale auf die Genauigkeit der Distanz und Geschwindigkeitsmessung berpr ft werden Die Sicht wird immer zu mindestens einer Seite eingeschr nkt oder teilweise v llig verdeckt da die direkt angrenzenden Geb ude eine H he von ca 10 15 m aufweisen Hier sind Multipath vorstellbar W hrend der Fu g nger berweg im auch Mehrwegausbreitungen stl
155. ftretenden Differenzen zwischen HAC5 und RDS mit maximal 50 m lassen entweder unterschiedliche interne Rechenalgorithmen oder eine schon beschriebene nicht kontinuierliche bertragung der vom RDS ermittelten Werte zum HAC vermuten In der folgenden Grafik ist zu sehen dass sich die gespeicherten Daten und die vom HAC angezeigten Strecken sehr gut entsprechen wobei die am RDS ausgegebenen Distanzen meistens etwas abweichen E HAC E RDS W Datei Abbildung 264 Teststrecke 2 1 HAC RDS Datei Vergleich Der Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 265 zeigt ein sehr hnliches Verhalten wie das bei Referenzstrecke 1 beschriebene Es treten erneut abwechselnde Geschwindigkeitsextremwerte auf Geschwindigkeit Geschwindigkeit km h Geschwindigkeit km h o 8 Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit 6 Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit 4 2 0 250 500 750 1000 1250 0 60 120 180 240 Weg m Zeit s Abbildung 265 Teststrecke 2 1 Abbildung 266 Teststrecke 2 1 Geschwindigkeitsverlauf Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Aus Abbildung 266 wird ersichtlich dass die Wechselpunkte wieder bei ganzzahligen Vielfachen von 20 s nach Aufzeichnungsbeginn auftreten Folglich handelt es sich um ein charakteristisches Verhalten des HAC Die Geschwindigkeit ist bei dieser Messung weniger konstant daher variieren die Extremwerte in Bezug auf ihr Niveau 207 4 5 Ciclosport HAC5 O 2
156. g weiter nach oben bewegt und die Schrittl ngen fallen wesentlich gr er aus wie in folgender auf Testergebnissen mit dem SpeedMax Sensor von Dynastream beruhender Grafik zu sehen ist Stride Path eck 1 0 5 Stride Height m 0 5 l l l N 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 H 4 5 Stride Distance m Abbildung 19 Abh ngigkeit von Schrittl nge und Schrittfrequenz SpeedMax White Paper Die Schrittl nge h ngt also zu einem gro en Teil von der Zeit ab die sich der Fu in der Luft befindet Unter der Annahme dass sich der Mensch w hrend eines Schrittes genau um eine Schrittl nge weiterbewegt und diese variieren kann muss f r ein optimales Ergebnis der zur ckgelegten Gesamtdistanz beim Laufen jede Schrittweite einzeln ermittelt werden Der bereits erw hnte Sensor SpeedMax der Firma Dynastream wird in einem Foot Pod auf dem Schuh befestigt und misst w hrend des Laufens mehr als 1000 Mal pro Sekunde die auf den Fu wirkenden Beschleunigungen um somit zu jeden Zeitpunkt die Position 34 2 Technische Grundlagen des Foot Pods in Bezug auf den festen Raum zu ermitteln Die auftretenden Beschleunigungen werden dabei mittels zweier Sensoren in Vertikal und Horizontalrichtung erfasst da sich der Fu winkel beim Laufen st ndig ndert und so eine genauere Aussage ber die tats chliche Vorw rtsbeschleunigung getroffen werden kann Anhand der Beschleunigungen l sst sich die jeweilige Phase des Fu es feststellen
157. g zu stellen Ende der 80 er Jahre wurden die ersten Block Il Satelliten gestartet und aktiviert und realisierten so die erste offizielle volloperationelle Ausbaustufe des Systems F r die zivile Nutzung wurde die Selective Availability SA eingef hrt welche durch eine k nstliche Verschlechterung Fehler gr er als 100 m implementiert war weil Messungen mit Hilfe des zivilen C A Signals sehr viel h here Genauigkeiten als erwartet aufwiesen Am 8 Dezember 1993 wurde die erste Betriebsbereitschaft Initial Operational Capability IOC nach Komplettierung der Satellitenkonstellation 1994 dann am 17 07 1995 die volle Betriebsbereitschaft Full Operational Capability FOC bekanntgegeben Seit Mai 2000 wurde die SA abgeschaltet wodurch seitdem auch im zivilen Bereich h here 2 1 GPS Global Positioning System Genauigkeit erzielbar ist Im Moment wird das System st ndig erweitert und modernisiert So besitzt die neuste Generation von Satelliten Block IIR M jeweils ein weiteres milit risches und ein weiteres ziviles Signal sowie genauere Atomuhren In der Planung befinden sich desweiteren Block IIF und Block IIIR Satelliten kowoma 2007 2 1 3 Segmentierung des GPS Systems Welt Raumsegment Als Raumsegment oder auch Weltraumsegment bezeichnet man beim Satellitensystem GPS die Satelliten und deren Eigenschaften und Funktionen Die mittlerweile ca 30 aktiven Satelliten bewegen sich auf Umlaufbahnen in einer H he von 20 231 km i
158. gen herrschten auch auf Teststrecke 2 1 Die 1000 m lange Bahn hat wie Teststrecke 1 0 einen geraden Verlauf und einen H henunterschied von nur wenigen Metern Neben der doppelt so langen Distanz besteht ein Unterschied im Untergrund Anstelle des Teers wird hier ein Lauf auf mittelfestem bis festem Schotter durchgef hrt Andersartige Reflexionseigenschaften im Vergleich zu denen des Teers bei Teststrecke 1 0 k nnen das Genauigkeitsverhalten der Geschwindigkeits und Distanzermittlung leicht ndern Die folgenden Strecken wurden dabei angezeigt 205 4 5 Ciclosport HAC 5 0 250 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 262 Teststrecke 2 1 angezeigte Strecken Auf den ersten Blick wird ersichtlich dass die Genauigkeiten bei der 1000 m langen Strecke besser sind als bei der halb so langen Referenzstrecke Sie befinden sich im Intervall von 97 100 w hrend der Mittelwert von 985 m um 15 m bzw 2 5 von der Referenzdistanz abweicht Es hat sich herausgestellt dass die angezeigten Werte auf der HAC5 Sportuhr von denen auf dem Display des RDS Dargestellten meistens leicht differieren wie in Abbildung 263 zu sehen ist Abbildung 263 Teststrecke 2 1 angezeigte Strecken von HAC und RDS Der Mittelwert der auf dem RDS angezeigten Strecken beschreibt den Sollwert von 1000 m exakt 100 Genauigkeit Es kommt zu einer maximalen Abweichung von 20 m was einer Abweichung von 2 entspricht 206 4 Beschreibung der Ger te Die au
159. genauso Der untere Teil des Barometers wird jedoch durch ein Gef mit beweglichem Boden ersetzt Die Ablesungen lassen sich nun an verschiedenen Stellen durchf hren und die Differenzen mitteln was zu einem exakteren Ergebnis f hrt Dies wird durch den beweglichen Boden realisiert der den F llstand beider Seiten um den gleichen Betrag hebt bzw senkt Bei Temperatur nderungen oder einer anderen Schwerebeschleunigung m ssen weitere Korrekturen angebracht werden was bei einer Messung im Feld meist der Fall ist Dadurch eignen sich Fl ssigkeitsbarometer f r derartige Eins tze eher weniger werden jedoch im Labor als sogenannte Normalbarometer zur berpr fung von Dosenbarometern eingesetzt Dosenbarometer bzw Barometer mit Membrandose Aneroidbarometer besitzen eine luftleere Kapsel deren Deckel aus einer d nnen gewellten Membran besteht Diese w rde durch den Luftdruck zusammengedr ckt werden was eine starke Feder deren Spannkraft etwa dem Luftdruck entspricht verhindert Die Membran hebt und senkt 38 2 Technische Grundlagen sich aber weiterhin innerhalb des Messbereichs proportional zu den nderungen des Luftdrucks BRAT r Naudetbarometer Abbildung 21 Membrandosenbarometer Kahmen 1997 Typisches Barometer mit Membrandose ist das Naudetbarometer welches die Bewegungen der Membran ber eine Hebelverbindung siehe Abbildung 21 misst Da der Ausdehnungskoeffizient der Metallteile des Barometers temperaturabh
160. gkeit km h Abbildung 97 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf 111 4 1 Garmin Edge 305 Das bereits bei Teststrecke 9 0 aufgetretene Verhalten wird bei diesem Test best tigt Wie in Abbildung 97 leicht ersichtlich beruht die Geschwindigkeit auf GPS Messungen Das Aussetzen des Signals f hrt zu einem Abfallen auf O km h In dem Moment an dem das der GPS Kontakt wieder Hergestellt wird muss die in der Zwischenzeit gefahrene Strecke kompensiert werden Dies macht sich mit einem deutlich zu hohen Geschwindigkeitswert von 70 km h bemerkbar der jedoch schnell wieder korrigiert wird Folglich kann auch in diesem Test der Zugriff auf den GSC nicht nachgewiesen werden Wie Abbildung 98 entnommen werden kann ergibt sich trotz der kurzzeitigen Abschattungen auf der 276 6 m langen Teststrecke eine Genauigkeit von gt 98 0 50 100 150 200 250 300 Meter Abbildung 98 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken 112 4 Beschreibung der Ger te 4 1 6 Messprinzip barometrische H henmessung Zur Untersuchung der Genauigkeit des eingesetzten barometrischen H henmessers wurden Tests im Au enbereich Teststrecke 4 0 und 4 1 sowie innerhalb eines Geb udes durchgef hrt In Abbildung 99 werden die relativen H hen reduziert auf die Anfangsh he dargestellt Die berquerung des k nstlich angelegten H gels siehe Teststrecke 4 0 verl uft recht gleichm ig weshalb hier zun chst einmal nur an signifikanten St
161. gkeit km h 0 10 20 30 40 50 60 70 Zeit s 80 Abbildung 240 Teststrecke 9 1 Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch H he m Zeit s 100 Abbildung 242 Teststrecke 9 0 H henverlauf Signalabbruch 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit km h 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Zeit s Abbildung 241 Teststrecke 9 1 Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch H he m 100 Zeit s Abbildung 243 Teststrecke 9 1 H henverlauf Signalabbruch Bei den Geschwindigkeitsverl ufen treten zwei unterschiedliche F lle ein In Abbildung 240 bleibt das berechnete Tempo nach Signalabbruch auf dem gleichen Niveau wird aber daraufhin starken Schwankungen unterzogen In Abbildung 241 kommt es hingegen zun chst zu einer starken Verringerung der Geschwindigkeit gefolgt von Schwankungen in einem kleineren Bereich Die H henprofile Abbildung 242 und Abbildung 243 verhalten sich nach dem Signalabbruch sowohl bei allen L ufen als auch bei beiden Teststrecken hnlich Dabei kommt es immer zu einer recht linear abfallenden Kurve 189 4 4 Garmin Forerunner 305 Teststrecke 10 0 pl tzliches Anhalten Mit Hilfe von Teststrecke 10 0 kann das Verhalten des Forerunner 305 nach einem pl tzlichen Anhalten getestet werden Es kommt zu keinerlei sonstiger Fehlereinfl sse wie z B Abschattungen In Abbildung 244 wird ersichtlich dass sich die Distan
162. gleichen Weg nach Egestorf zur ck zu nutzen Besonders geeignet ist diese Teststrecke f r Vergleichstests der Ger te untereinander Hier kann nicht nur der aufgezeichnete Track sondern auch H hen Distanzen und Durchschnittswerte der einzelnen Ger te miteinander verglichen werden Es existieren jedoch keine Sollkoordinaten bzw h hen so dass keine Aussagen ber die absolute Genauigkeit der Ger te getroffen werden k nnen L nge ca 18 5 km Verlauf ungleichm ig kurvig gerade Steigung maximal ca 166 m Untergrund fest Besonderheiten Vergleichstests Funktionsprinzipien GPS Fahrradcomputer 69 3 3 Beschreibung der Teststrecken 70 4 Beschreibung der Ger te 4 Beschreibung der Ger te Der folgende Abschnitt befasst sich mit der Genauigkeitsuntersuchung bei Sportuhren mit Distanz und Entfernungsmessfunktion F r die Tests standen die nachstehenden Ger te zur Verf gung wobei in Klammern die jeweiligen Messprinzipien angef hrt sind e Garmin Edge 305 GPS Fahrradcomputer barom H henmessung e FRWD W600 GPS barom H henmessung e Casio GPR 100 GPS e Garmin Forerunner 305 GPS e Ciclosport HAC5 RDS Il Radar Fahrradcomputer barom H henmessung e Polar 5625X Beschleunigungssensor barom H henmessung Die Ger te werden dazu zun chst einzeln beschrieben und anschlie end kommt es zu einem gegenseitigen Vergleich Die Ger tebeschreibungen sind folgenderma en aufgebaut 1 Objekti
163. gter Umgebung festzustellen Dazu wurde das Ger t einem Test auf einer geraden 400 m langen Strecke am Maschsee unterzogen Wegen eines Uferfestes herrschte reichlich Personenverkehr welcher die Messungen potentiell h tte beeinflussen k nnen 208 4 Beschreibung der Ger te 0 100 200 300 400 500 Meter Abbildung 268 Teststrecke 5 0 angezeigte Strecken Die vom HAC angezeigten Ergebnisse entnehme man Abbildung 268 Alle Messwerte liegen oberhalb der tats chlichen Distanz von 400 m Der Mittelwert betr gt 440 m mit einer Standardabweichung von 18 3 m Bei einer bewegten Umgebung werden deutlich zu gro e Strecken ermittelt folglich resultieren starke Abweichungen von mittleren 10 und maximal 15 in Bezug auf die Sollstrecke Erstmals zeigt sich bei den drei unterschiedlich ausgegebenen Distanzen von HAC5 RDS und der Datei ein einheitliches Bild da alle dieselben Werte darstellen Abbildung 269 HM HAC E RDS W Datei Abbildung 269 Teststrecke 5 0 HAC RDS Datei Vergleich Die kurze Anzeigeverz gerung scheint also mit der zur ckgelegten Entfernung zu korrelieren Abh ngig vom aktuellen Streckenwert beim Beenden des Aufzeichnungsvorgangs k nnen Abweichungen hervorgerufen werden Die Ursache beruht in der Anzeige bzw Speichergenauigkeit auf 10 m des HAC5 Wird die Aufnahme nahe eines vollen 10 Meter Wertes gestoppt kommt es zu einer bereinstimmung zwischen gespeicherter und dargestellter Distanz Probl
164. halb eines Geb udes ohne jegliche andere Einfl sse Temperaturschwankungen nderung der Luftfeuchtigkeit usw getestet Besonders f r solche Tests geeignet ist das MZ Geb ude der Universit t Hannover indem sich unter anderem auch das Institut f r Kartographie und Geoinformatik befindet Im Treppenhaus liegt die vertikale Gravimeter Eichstrecke Hannover die durch mehrere Punkte mit exakt bekannter H he in den verschiedenen Etagen 18 Etagen und 2 Untergeschosse realisiert wird Im Rahmen der Tests wurden jeweils in jeder vierten Etage H hen gemessen Dadurch ist ein Ist Soll Vergleich der absoluten H hen m glich L nge Om Verlauf Steigung ca 69 m Untergrund Besonderheiten Absolute H hen Funktionsprinzipien Barometrische H henmessung 68 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Langstrecke V Google Quelle Google Earth Um das Verhalten der Ger te auf einer l ngeren Strecke ber eine l ngere Zeit zu untersuchen wird diese Teststrecke genutzt Sie befindet sich s dwestlich von Hannover und f hrt ber den Deister Am n rdlichen Ende siehe Abbildung in Egestorf beginnt bzw endet der insgesamt ca 18 5 km lange Kurs Angefangen bei etwa 110 m H he wird am h chsten Punkt des Nienstedter Passes eine H he von ungef hr 276 m erreicht Nach der komplett bewaldeten Verbindung zwischen Egestorf und Nienstedt f hrt die Strecke noch bis an die Ortsgrenze von Eimbeckhausen wo gewendet wird um den
165. hen 1mm und 1m ausgesandt die auf ein Objekt treffen und von diesem reflektiert werden Das zur ckgeworfenen Signal genannt Echo wird wieder vom Radarger t empfangen und ausgewertet Auf diese Weise lassen sich verschiedene Informationen wie Richtung Entfernung zum Objekt oder auch Objekteigenschaften wie Kontur oder Oberfl chenbeschaffenheit zum Teil ber sehr gro e Distanzen und nahezu wetterunabh ngig zuverl ssig ermitteln 2 3 2 Geschichtliche Entwicklung Die Grundlage f r das Prinzip des Radars stellte der englische Physiker James Clerk Maxwell 1864 mit seiner elektromagnetischen Lichttheorie auf in der er die Beschreibung und das Ausbreitungsverhalten von elektromagnetischen Wellen schilderte Erst 1886 gelang es dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz die elektromagnetischen Wellen experimentell nachzuweisen wodurch die Maxwell sche Theorie best tigt werden konnte Zehn Jahre sp ter bermittelte der italienische Ingenieur Guglielmo Marconi erstmals mittels Richtantenne Signale ber drei Kilometer Entfernung Das Jahr 1904 war von besonderer Bedeutung Der deutsche Ingenieur und Elektrotechniker Christian H lsmeyer stellte in Experimenten fest dass ausgestrahlte elektromagnetische Wellen von Metallfl chen reflektiert werden Dieses Verhalten wollte er sich f r die Erkennung entfernter metallischer Objekte insbesondere zur Verkehrs berwachung auf dem Wasser zu Nutze machen und entwickelte ein Telemobilosko
166. hen schwanken hier jedoch zwischen 78 211 m was hohe Unsicherheiten bei der Bestimmung der H henkomponente per GPS deutlich macht 138 4 Beschreibung der Ger te i 78 0 10 a 77 0 76 5 76 0 Geschwindigkeit H he m a Istgeschwindigkeit ran Geschwindigkeit km h On BSollgeschwindigkeit 75 0 4 74 5 4 0 74 0 4 0 100 200 300 400 0 50 100 150 200 250 300 350 Weg m Weg m Abbildung 149 Teststrecke 9 0 Abbildung 150 Teststrecke 9 0 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf Durchlauf Die angezeigten Strecken von Teststrecke 9 0 variieren erneut stark siehe Abbildung 151 W hrend der Tests auf Strecke 9 1 mit einer eingemessenen L nge von 277 m kam es zur Erkenntnis dass der FRWD W600 erst Distanzen ab 300 m speichert wobei die Anzeige aber auch die optischen und akustischen Signale keinerlei Hinweise auf dieses Verhalten lieferten Die Daten werden wohl zun chst auch registriert aber nach Abgleich der Distanz lt 300 m einfach aus dem Speicher gel scht bzw gar nicht erst richtig abgespeichert Dadurch kam es auf dieser Strecke zu einer erh hten Anzahl an L ufen wie in Abbildung 152 zu sehen ist Hier betr gt der Mittelwert 281 m wobei die Streckengenauigkeit nur bei gt 95 5 liegt Meter Meter Abbildung 151 Teststrecke 9 0 Angezeigte Abbildung 152 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken Strec
167. hnittlich 5 5 bezogen auf den Mittelwert und 6 im schlechtesten Fall hnlich wie die mittleren 4 bzw maximal 8 bei Teststrecke 7 0 aus E HAC E HAC E RDS E RDS W Datei u Datei 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Abbildung 274 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 275 Teststrecke 7 0 Schotter HAC RDS Datei Vergleich HAC RDS Datei Vergleich Bei allen 8 Messungen auf den beiden Teststrecken entsprechen sich die angezeigten Werte von HAC und RDS sowie denen aus den Dateien sehr gut In zwei F llen kommt es 211 4 5 Ciclosport HAC5 zu Unterschieden zwischen den Ausgabewerten des HAC und den gespeicherten Distanzwerten Die Begr ndung ist bei Teststrecke 5 0 zu finden 14 10 12 3 J g E 10 7 6 Geschwindigkeit 3 5 Geschwindigkeit E Istgeschwindigkeit E a Istgeschwindigkeit 2 4 Sollgeschwindigkeit 2 Sollgeschwindigkeit 0 n O 2 1 0 0 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Weg m Weg m Abbildung 276 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 277 Teststrecke 7 0 Schotter Geschwindigkeitsverlauf Geschwindigkeitsverlauf W hrend des Tests wurden beide Strecken mit einer sehr hnlichen Geschwindigkeit absolviert Wie den beiden Diagrammen zu entnehmen ist wurden dabei auf dem Rasen Abbildung 276 eine um ca 4 km h h here Geschwindigkeiten als auf dem Schotter Abbildung 277 registriert Begr n
168. hrend der sportlichen Bet tigung Er ist f r einen Oberk rperumfang von ca 63 86 cm ausgelegt und weist ein Gewicht von 74 g auf F r die Distanz und Geschwindigkeitsermittlungen bei anderen Sportarten neben dem Fahrradfahren wird das RDS Ger t mit einer Tragetasche ausgeliefert Die Tasche kann an einem G rtel befestigt werden oder der Sensor wird mit der angebrachten Klemme direkt am Hosenbund befestigt Mit 67 g ist er recht leicht und wird kaum wahrgenommen durch die Anbringung kommt es beim Laufen jedoch zu starken Ersch tterungen des Ger tes 200 4 Beschreibung der Ger te 4 5 4 Messprinzip Radar Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen Laut Ciclosport lassen sich mit dem RDS Genauigkeiten von i d R 1 erzielen F r die Tests wurde der Geschwindigkeitssensor auf einer 1000 m langen Strecke kalibriert Da das Ger t genau diese Distanz anzeigte ist der daraus abgeleitete Kalibrierungsma stabsfaktorr 1 und hat folglich keine Auswirkungen auf die Testergebnisse Die Kombination aus Ciclosports HAC5 und dem RDS II wurde zun chst unter optimalen Bedingungen auf Teststrecke 1 0 einer Genauigkeitsuntersuchung unterzogen Der feste und flache Untergrund aus Teer stellt einen typischen Lauf auf einer Stra e dar Ein geringer H henunterschied von nur 1 2 m ber die gesamte Distanz von 500 m und die gerade Strecke ohne Kurven erm glichen einen Test unter Referenzbedingungen da eine gro e Anzahl von St reinfl ssen auf di
169. i die Differenzen abh ngig von den u eren Bedingungen sind Anscheinend rufen schlechtere Bedingungen l ngere Berechnungszeiten hervor die dann dementsprechend zeitverz gert an die Ausgabeschnittstelle weitergeleitet werden Betrachtet man das Kurvenverhalten des Edge 305 so fallen kaum Unsicherheiten ins Auge Dabei kommt es weder zu Drifts noch zu Schnitten wodurch Richtungs nderungen einen eher kleinen Einfluss auf die Genauigkeit haben Bei der H henmessung f llt bei eingeschr nkten Sichten anfangs meist ein nicht unerheblicher Sprung auf der darauf hindeutet dass die absolute H he zu Beginn der Messung mittels GPS bestimmt wird Anschlie end bernimmt der barometrische H henmesser weitere relative Messungen Bei optimalen Bedingungen mit gr eren Signalst rken hingegen scheint der Edge seine H heninformationen nur aus GPS Messungen zu beziehen In Bezug auf den Fahrradcomputer l sst sich zusammenfassend feststellen dass der GSC 10 Sensor nur selten Informationen zu Geschwindigkeiten und Distanzen beitr gt Die Berechnungen des Gesamtsystems beruhen weitestgehend auf GPS Messungen und nur in Situationen eines unzureichenden oder fehlenden Signalempfangs wird auf den montierten Sensor zugegriffen 116 4 Beschreibung der Ger te 4 2 FRWD W600 FRWD W600 Hersteller FRWD Bezeichnung Modell W600 Eingesetzte s Messverfahren GPS Barometrische H henmessung Funktionen Anzeige Distanz Uhrzeit Sto
170. ich die H he per GPS Messung Gleiches gilt f r den Edge 305 der jedoch zus tzlich ber ein eingebautes Barometer verf gt Dieser kann allerdings nur ausreichende Ergebnisse erzielen V llig unabh ngig von den H hen ermittelt die Ciclosport HAC 5 mit eingesetztem Radarmessverfahren die zur ckgelegte Strecke Der verbaute barometrische H henmesser weist hohe Genauigkeiten auf was bei den gemessenen Distanzen jedoch nicht der Fall ist Die Ergebnisse der Polar S625X sind hier fast als unbrauchbar zu bezeichnen was mit den ver nderten Beschleunigungskr ften die bei An und Abstieg wirken zusammenh ngt Teststrecke 4 1 gro er H henunterschied gleichm iger Anstieg Teststrecke 4 1 Platz Genauigkeit Bei einem gleichm igen Anstieg zeigt sich ein hnliches Bild wie bei einem Anstieg mit anschlie endem Abstieg Der Garmin Forerunner 305 schneidet hier am besten ab Aber auch die Ergebnisse von FRWD W600 Garmin Edge 305 und auch von Ciclosport HAC 5 mit RDS Il weisen gute Genauigkeiten auf Selbst die Polar S625X liefert befriedigende Ergebnisse Auff llig ist dass grunds tzlich alle Ger te mit einem einseitigen Anstieg ohne schnell darauffolgenden Abstieg besser zurechtkommen Teststrecke 5 0 bewegte Umgebung Teststrecke 5 0 Platz Genauigkeit Nur bei radarbasierten Messverfahren spielt die Umgebung in der sich der jeweilige Nutzer bewegt eine Rolle da hier die unmittelbare Umgebung abgetaste
171. iche Abbrechen der Schritte in der Luft und dem harten Aufsetzen sind die wirkenden Beschleunigungskr fte unterschiedlich Dies l sst sich auch anhand der beiden Geschwindigkeitsverl ufe in Abbildung 367 f r gro e und in Abbildung 368 f r kleine Schritte erkennen Geschwindigkeit Geschwindigkeit 8 lstgeschwindigkeit lIstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h p O Geschwindigkeit km h 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 Weg m Weg m Abbildung 367 Teststrecke 10 0 Abbildung 368 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf bei gro en Schritten Geschwindigkeitsverlauf bei kleinen Schritten 264 4 Beschreibung der Ger te Sprunglauf Der Test Sprunglauf wurde sowohl auf Teststrecke 10 0 mit einer Sollstrecke von 159 4 m als auch auf Teststrecke 1 ber eine Distanz von 500 m ausgef hrt Daraus sollen die Ergebnisse in Bezug auf das Genauigkeitsverhalten bei einem springenden Laufstil und zus tzlich die eventuelle Abh ngigkeit von der zur ckgelegten Strecke abgeleitet werden Meter Meter Abbildung 369 Teststrecke 1 0 angezeigte Abbildung 370 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken beim Sprunglauf Strecken beim Sprunglauf Die beiden Diagramme stellen die angezeigten Entfernungen beim Sprunglauf auf der 500 m langen Referenzstrecke Abbildung 369 und auf Teststrecke 10 0 Abbildung 370 mit einer Solls
172. ichen Teil der Strecke f r besonders gro e Abschattungen sorgt wird im westlichen Teil entlang der EXPO Plaza ein hnlicher Effekt durch Geb ude auf beiden Seiten erzeugt 48 EXPO Plaza in n rdliche Richtung L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Der Verlauf ist abgesehen von den vier Kurven die genau aufgenommen wurden erneut sehr gerade und es kommt bezogen auf den Start Zielpunkt zu einem maximalen H henunterschied von nur ca 2 m Hierdurch k nnen gleichm ige Geschwindigkeiten erreicht werden Im Wesentlichen dient die Teststrecke 2 0 also zur Untersuchung der Genauigkeit bei eingeschr nkten Sichten die durch Geb ude verursacht werden 824m gerade mit 4 Kurven kaum ca 2 m fest Pflaster eingeschr nkte Sichten zu mindestens einer Seite GPS 49 3 3 Beschreibung der Teststrecken Durch diese Teststrecke sollten erneut die Auswirkungen von eingeschr nktem Empfang von Satellitensignalen GPS auf die Genauigkeit der Ger te getestet werden Die Abschattungen wurden hierbei jedoch nicht durch Geb ude sondern durch B ume verursacht die sich zu beiden Seiten der Allee erstreckten Auch hier war die Sicht erst ab Elevationen von mindestens 50 60 uneingeschr nkt Zudem wurde eine typische Lauf und Fahrradstrecke genutzt die einen sehr geraden und fast ebenen Verlauf ca 2m H henuntersch
173. ichen auswirken Gen gend gro e Messreihen welche haupts chlich zuf llige Fehler aufweisen folgen der von C F Gau entdeckten Normalverteilung Diese spezielle Verteilungsfunktion OPEN u u x e 20 f ON 2T Formel 3 1 41 3 1 Erl uterungen zum Begriff Genauigkeit kann wie in Abbildung 22 leicht zu erkennen ist mit den beiden Variablen Erwartungswert u und der Standardabweichung o vollst ndig beschrieben werden fx Maximum N Wendepunkt Gate u 0 u J O X Abbildung 22 Normalverteilung Niemeier 2002 Der Erwartungswert ist ein Begriff aus der Stochastik und beschreibt den Wert einer Zufallsvariablen der sich bei mehrmaligem Wiederholen des zugrunde liegenden Experiments als Mittelwert ergibt Die Standardabweichung einer Messreihe berechnet 1 S B Formel 3 2 sich wie folgt mit n Anzahl der Werte Stichprobenumfang Ze Merkmalsauspr gung des i ten Elements der Stichprobe X Mittelwert der Stichprobe X ZE tel Die Gr e der Standardabweichung stellt die Streuung der Messergebnisse dar und definiert somit die Breite der Kurve Aus diesem Grund sind m glichst kleine Standardabweichungen zu bevorzugen um ein genau bestimmtes Ergebnis zu erhalten Folglich ist die Standardabweichung einer Messreihe ein geeignetes Ma f r die erlangte Genauigkeit des Erwartungswertes Die Entfernungsgenauigkeit bei Sportuhren wird zudem h ufig in Prozent angegeben So bedeutet beispielweise
174. ie oben beschrieben auf die Anzeigeverz gerung zur ckzuf hren ist Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit dSollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 361 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf beim Gehen Die Geschwindigkeit bleibt w hrend des Gehens in Abbildung 361 nach dem Start recht einheitlich bei einem Niveau von ca 6 3 km h und es treten nur sehr kleine Schwankungen auf Beim Gehen wirken deutlich schw chere Beschleunigungskr fte auf den Fu als beim Laufen Die Empfindlichkeiten der beiden Akzelerometer im Sensor S1 m ssen also sensitiv gegen ber kleinsten Kr ften sein um eine gegangene Strecke pr zise zu modellieren Da die gespeicherten Distanzen im Bereich zwischen 144 und 155 m liegen werden wohl nur gen gend Kr fte registriert um die Strecken ungef hr aber nicht exakt zu bestimmen 262 4 Beschreibung der Ger te Um sicherzustellen dass die zu niedrigen Streckenwerte keine Folge der kurzen Teststrecke sind wurde der Gehen Test auf der 500 m langen Referenzstrecke wiederholt Die Ergebnisse in Abbildung 362 zeigen dass der Eindruck ber das Fehlverhalten best tigt wird Auch auf der langen Strecke werden deutlich zu kurze Distanzen angezeigt und aufgezeichnet beide Mittelwert 435 m Die tats chliche Streckenl nge hat somit kaum Auswirkung auf die erzielbare Genauigkeit E Datei E Feldbuch 0 100 200 300 400 500
175. iebung berechnet sich mit der Formel E r Een mit fo Dopplerfrequenz Ber A Formel 2 7 Wellenl nge der gesendeten Frequenz fs v Relativgeschwindigkeit a Winkel zwischen Sende und Bewegungsrichtung Aus dieser Formel sind sowohl A als auch fp bekannt woraus sich v ermitteln l sst V beschreibt dabei die Relativgeschwindigkeit zwischen Radarger t Sender und Empf nger und dem reflektierenden Objekt Befindet sich eines dieser beiden Elemente in Ruhe so ergibt sich die Absolutgeschwindigkeit des jeweils Anderen Soll die Radialgeschwindigkeit d h a 0 also nur die Geschwindigkeit in Richtung Radarger t bzw von diesem weg ermittelt werden so kann der Kosinus Term entfallen da er als Faktor 1 einflie t cos 0 1 Aus Formel 2 7 wird ebenfalls ersichtlich dass Geschwindigkeitsmessungen zu Zielen rechtwinklig zur Senderichtung nicht m glich sind da der Kosinus von 90 Null ist und somit keine Dopplerfrequenz mehr registriert werden kann Das RDS II der Sportartikelfirma Ciclosport arbeitet auf die gleiche Weise wie eine Radaranlage nur dass in diesem Fall die Umgebung unbewegt bleibt und der Radarsender mit dem Sportler bewegt wird Das Dopplerradarmodul von Innosent sendet eine CW Mikrowelle im 24 GHz ISM Band bei 24 125 MHz aus und bestimmt anhand der Dopplerfrequenzverschiebung des Echos auf einfache Weise ber hrungslos die Geschwindigkeit des Sportlers bei verschiedenen Sportarten wie beim Laufen Rad
176. ied aufwies Der beliebte Freizeitweg befindet sich im Georgengarten Hannover in unmittelbarer N he zum Hauptgeb ude der Universit t Hannover und angrenzend an die 3 Herrenh user G rten n rdlich des Georgengartens Aufgrund der guten Konfiguration 1000 m L nge typischer Untergrund und typische Bepflanzung wurden auf dieser Strecke erg nzend zur Referenz alle Ger te getestet 50 L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 51 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 1000 m gerade kaum ca 2 m mittel bis fest Schotter konstant eingeschr nkte Sichten zu beiden Seiten GPS 3 3 Beschreibung der Teststrecken Stark eingeschr nkte Sicht Wald Google Quelle Google Earth Das dargestellte Waldst ck befindet sich s dlich von Hannover W lferode Hier sollen die GPS Ger te unter den f r sie sehr schlechten Bedingungen getestet werden Auf der 500 m langen Strecke ist so gut wie keine Sicht nach oben m glich Die zur Zeit der Tests stark begr nten Baumkronen der Laubb ume sollten also die Signale der GPS Satelliten stark abschw chen oder die Strecke komplett Waldweg in s dliche Richtung abschirmen Bis auf einen Knick bei 280 m siehe Abbildung ist der Streckenverlauf gerade wodurch eine Auswertung der Querabweichungen m glich ist Grunds tzlich ist zun chst zu berpr fen ob die Ger te berhaupt Signale empfangen und falls die
177. ieferumfang ist sehr umfassend Neben dem HACS5 enth lt das Packet mit Pulsmesser kabellosen Sensoren f r Geschwindigkeit und Trittfrequenz Montagemateriallen f r die Befestigung am Fahrrad 4 Batterien einer Armbandhalterung USB Kabel CD ROM mit Handbuch und Auswertungssoftware alles was zum Gebrauch als Fahrradcomputer notwendig ist Hauptkritikpunkt ist die Bedienung des Computers 6 Druckkn pfe stehen zur Verf gung um die insgesamt 95 Funktionen vorzunehmen Abh ngig von der L nge des Bet tigens und mit der Kombination anderer Tasten werden unterschiedliche Aktionen ausgef hrt Im 38 seitigen Handbuch welches nur in digitaler Form vorliegt werden auf 28 Seiten diverse Tastenkombinationen beschrieben Die wichtige Funktion des Aufzeichnens l sst sich so beispielsweise nur ber das gleichzeitige 3 Sekunden lange Dr cken zweier Tasten umst ndlich starten Bis der HAC vollst ndig beherrscht wird ist einige Einarbeitungszeit erforderlich Hinzu kommt dass beim Testger t bei speziellen Tasten vermutlich Kontaktprobleme auftraten so dass des fteren Knopfdr cke ohne Reaktion blieben Positiv ist anzumerken dass sich die umfangreichen Funktionen und die Vielzahl darstellbarer Parameter einzeln aktivieren lassen ber die 5 gespeicherten Benutzerprofile von denen zwei f r Radfahrer ausgelegt sind k nnen leicht Einstellungen f r die jeweilige Nutzergruppe vorgenommen werden so dass nur die jeweils interessanten Informatione
178. ier l sst sich auch die Datenaufzeichnung konfigurieren Wird ein Aufzeichnungsintervall von 1 Sekunde gew hlt so kann der interne Flash Speicher nur bis zu 3 5 Stunden beschrieben werden Ist der Speicher voll werden existierende Daten berschrieben Abhilfe schafft hier die M glichkeit der intelligenten Aufzeichnung bei der nur wichtige Punkte gespeichert werden wodurch sich die Datenmenge abh ngig von der zur ckgelegten Strecke reduziert Mit Hilfe des Datenkabels und der mitgelieferten Software und Treiber Garmin Training Center k nnen Trainings bzw Tracks von Forerunner zu PC Laptop aber auch umgekehrt bertragen werden Das eingesetzte Messverfahren des Forerunner 305 ist die GPS Positionierung bzw Navigation Das Herzst ck der eingebauten Kombination aus GPS Antenne und Empf nger ist der verwendete SiRF SiRFstarllil Chipsatz Dieser zeichnet sich nicht nur durch seine sehr geringe Gr e sondern vor allem durch die hohe Empfangsempfindlichkeit von 159dBm und die gro e Anzahl an simultan agierenden Korrelatoren aus Au erdem k nnen zur Steigerung der Genauigkeit WAAS EGNOS Korrekturdaten empfangen werden 164 4 Beschreibung der Ger te 4 4 2 Bedienung W hrend die mitgelieferte Kurzanleitung 7 Seiten Grundlagen wie Tastenbelegung Einrichtung des Benutzerprofils Laden des Akkus und Anbringung des Pulsmessers beschreibt dient das Benutzerhandbuch welches in zwei Sprachen vorliegt der detailiert
179. iert GPS Alles Wissenswerte Abgerufen am 03 07 2007 von http www kowoma de gps index htm Lohmann P 2007 Vorlesungsskript Fernerkundung Hannover Institut f r Photogrammetrie und Geoinformation Niemeier W 2002 Ausgleichungsrechnung Berlin De Gruyter Nike iPod Frequently Asked Questions Technical 19 Juni 2007 Abgerufen am 27 August 2007 von Nike iPod http docs info apple com article html artnum 303934 faq1 Rose J amp Gamble J G 1994 Human Walking US Lippincott Williams amp Wilkins Seeber G 2003 Satellite Geodesy 2nd edition Berlin De Gruyter S rgel U 2006 Vorlesungsskript Radarfernerkundung Hannover Institut f r Photogrammetrie und Geoinformation 285 Stirling R G 2004 Development of a Pedestrian Navigation System Using Shoe Mounted Sensors Masterarbeit Edmonton Alberta Stirling R Fyfe K amp Lachapelle G 2005 Evaluation of aNew Method of Heading Estimation for Pedestrian Dead Reckoning Using Shoe Mounted Sensors Journal of Navigation Vol 58 S 31 45 Timmen L 2006 Vorlesungsskript Gravimetrie Hannover Institut F r Erdmessung Tipler P A amp Mosca G 2006 Physik F r Wissenschaftler und Ingenieure 2 Ausg Heidelberg Spektrum Akademischer Verlag Torge W 2003 Geod sie 2 Ausg Berlin De Gruyter Wikipedia Fahrradcomputer 6 August 2007 Abgerufen am 10 August 2007 von Wikipedia http de wi
180. igkeit st ndig gesteigert und kurz darauf wieder verlangsamt wurde daher ist die Ursache mit hoher Wahrscheinlichkeit beim HAC5 zu suchen Wie sich noch zeigen wird stellt das kontinuierliche Alternieren der Geschwindigkeitskurve einen typischen Verlauf f r diesen Computer dar Bei genaueren Untersuchungen der Schwankungen stellt sich wie in Abbildung 259 zu sehen ist heraus dass die Extrempunkte in einem festen Abstand von 20 Sekunden auftreten Es handelt sich um denselben Geschwindigkeitslauf der nun gegen die Zeit abgetragen ist und ma st blich ver ndert wurde Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Lem ebe m KT GE U ef D I CH E 3 A or Q Fa U UI 120 Zeit s Abbildung 259 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Der Darstellung ist zu entnehmen dass die Geschwindigkeit nach dem Starten der Aufzeichnung mit einem 2 sek ndigen Speicherintervall zu jedem Vielfachen von 20 Sekunden einen Extremwert aufweist Dabei wechseln sich Hoch und Tiefpunkte bei der Geschwindigkeit ab Einzige Ausnahme ist der Bereich zwischen 100 und 120 s bei dem zwei Hochwerte aufeinander folgen Des Weiteren stellt sich mit 10 8 km h f r die Maxima und 9 0 km h bei den Tiefpunkten jedes Mal dasselbe Geschwindigkeitsniveau ein Tiefergehende Analysen der gespeicherten Werte f hren zu der Erkenntnis dass neben der zeitlichen Komponente auch die gelaufene Distanz von Bedeutung ist I
181. igkeitsangabe des Herstellers von 3 Bessere Ergebnisse wurden nur vereinzelt erreicht F r besondere Laufstile wie etwa Walken oder einfaches Gehen ist der Laufsensor hingegen nicht ausgelegt 272 4 Beschreibung der Ger te 4 7 Ger tevergleich 4 7 1 Vergleich F r den Vergleich der Ger te und Messverfahren untereinander werden die durchschnittlich erzielten Streckengenauigkeiten herangezogen Durch die Unterteilung in die einzelnen Teststrecken lassen sich so auch Empfehlungen zu den jeweiligen Einsatzgebieten treffen Die Genauigkeiten werden f r die Bewertung in folgende Intervalle eingeteilt und sp ter farblich abgestuft gt 99 5 sehr gut gt 98 5 gut gt 97 0 befriedigend gt 95 0 ausreichend lt 95 0 mangelhaft Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen Teststrecke 1 0 Platz Genauigkeit Bei den Tests unter optimalen Bedingungen konnten die Ger te mit GPS Funktion im Durschnitt die h chsten Genauigkeiten erzielen Am besten schneiden hier die Ger te von Garmin ab die sich mit einem Wert von gt 98 5 gut bis sogar sehr gut f r die Entfernungsmessung unter freiem Himmel eignen Der Unterschied zwischen diesen beiden Ger ten l sst sich durch den Anbringungsort erkl ren W hrend der Edge 305 stabil am Fahrradlenker montiert ist oder wie w hrend der Tests beim Laufen relativ ruhig vor den K rper gehalten wird ist der Forerunner durch die Anbringung am Arm st ndig in Bewegung Um diese Vor
182. igten Strecken k nnen die fahrdynamischen Parameter auch in einer Datei aufgenommen und nach der Tour analysiert werden Schon bei den Tests mit HAC und RDS hat sich herausgestellt dass es zu Unterschieden zwischen Werten auf dem 230 4 Beschreibung der Ger te Display und im Protokoll kommen kann Aus diesem Grund werden in Abbildung 315 die Distanzen beider Medien gegen ber gestellt Es zeigt sich dass zwei bereinstimmende Wertepaare vorliegen w hrend die Strecken aus der Datei bei den beiden anderen Messungen um jeweils 10 m gr er als die Ausgegebenen sind Dies deutet erneut auf eine Anzeigeverz gerung des HAC Displays hin Die Daten werden nach den Berechnungen und Auswertungen der Informationen zuerst gespeichert Anschlie end vergeht eine kurze Zeit bis diese auf dem Sportcomputer abgelesen werden k nnen Aufgezeichnet wurden dreimal 490 m und einmal 500 m Da die im Protokoll registrierten Strecken etwas gr er sind beschreiben sie den Sollwert von 500 m mit einem Mittelwert von 492 5 m Standardabweichung ebenfalls 5 m etwas besser Die Genauigkeiten betragen hierbei 98 und 100 f r die Einzelwerte und im Durchschnitt 98 5 Anzumerken ist dass die Genauigkeiten durch die begrenzte Ausgaben und Speicherpr zision auf 0 01 km gepr gt sind Eine detailliertere Beschreibung der Strecke k nnte zu noch aussagekr ftigeren Genauigkeiten f hren Geschwindigkeit lstgeschwindiskeit
183. ild ab siehe Abbildung 175 Komisch ist jedoch der Unterschied zwischen Aufzeichnung und Anzeige 104 102 100 98 Laufl 96 Lauf 2 H he m 94 Lauf 3 92 Lauf 4 90 Sollh he 88 Weg m Abbildung 174 Teststrecke 4 0 Einzelner Abbildung 175 Teststrecke 4 0 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 149 4 2 FRWD W600 Teststrecke 4 1 bietet eine gleichm ige Steigung bzw ein gleichm iges Gef lle ber eine l ngere Strecke von 259 m siehe Teststrecken Hier fanden weitere Genauigkeitsuntersuchungen statt Dabei wurden zwei H hen genau gemessen wodurch ein H henunterschied von 12 41 m zustande kam An diesen zwei Stellen fanden daraufhin auch die Ablesungen statt Aus den Messungen resultiert der Graph in Abbildung 176 Die Ergebnisse sind hnlich wie bei Teststrecke 4 0 Bei Lauf 3 ndert sich der angezeigte H henwert merkw rdigerweise berhaupt nicht Lauf 1 Lauf 2 Lauf 3 Lauf 4 Sollh he 150 200 Strecke m Abbildung 176 Teststrecke 4 1 Relative H hen Abbildung 177 zeigt das H henprofil was f r Lauf 3 aufgezeichnet wurde Hier kann man sehr gut einen H henunterschied ablesen der bis auf einige Zentimeter an den tats chlichen Wert herankommt Zudem ist der Verlauf auch der Strecke nach entsprechend gleichm ig Da es sich in diesem Fall gerade um den besagten 3 Lauf handelt welche
184. ildung 83 gezeigten typischen Geschwindigkeitsverlaufes wird ersichtlich dass die Bestimmung von Strecke und Geschwindigkeit ausschlie lich auf GPS Messungen beruhen Aufgrund der h heren Fortbewegungsgeschwindigkeit durch das Fahrradfahren erscheint das Profil bei einem gleichbleibenden Speicherintervall etwas glatter im Vergleich zu den Lauf Tests Ist und Sollgeschwindigkeit liegen mit 0 36 km h sehr dicht beieinander Insgesamt schwankt die auf 1 km h ausgegebene Geschwindigkeit im Bereich zwischen 16 und 17 km h Ungef hr auf der H lfte der Strecke kommt es mit 18 km h zu einer kurzfristigen Beschleunigung Das Verhalten ist wahrscheinlich auf eine nicht zu 100 konstante Geschwindigkeit w hrend der Testdurchf hrung zur ckzuf hren Auch am H henverlauf Abbildung 84 ist erkennbar dass ber die gesamte Strecke GPS Signale zur Verf gung standen Spr nge von z T 3 m sprechen gegen die Verwendung des barometrischen H henmessers da dieser einen einheitlicheren Ablauf mit sich f hren w rde 104 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 84 Teststrecke 1 0 H henverlauf Wie die Abbildungen verdeutlichen kommt es hier nicht zum Einsatz des GSC 10 Bei einem ungest rten Satellitenempfang beruht die Geschwindigkeits und Entfernungsmessung ausschlie lich auf GPS Signalen W hrend der Tests l sst sich nur selten ein Zur ckgreifen auf den Fahrradsensor nachweisen Teststrecke 2 1 eingesch
185. in den 266 4 Beschreibung der Ger te Dateien ergebende Mittelwert betr gt mit 34 6 m nur die H lfte des zuerst genannten Als Beispiel wird bei der ersten Messung 220 m ausgegeben w hrend in der Datei hingegen nur 81 m aufgezeichnet sind Zu diesem Ergebnis ist anzumerken dass die Teststrecke f r diese eine Messung nicht laufend sondern r ckw rts gehend zur ckgelegt wurde Das Gehen f hrt hierbei offensichtlich zu deutlich zu gro en Anzeigewerten In anderen L ufen treten zudem Situationen ein bei denen entweder der gespeicherte oder der dargestellte Wert O m ergibt Das mathematische Modell zur Rekonstruktion der Schrittweite auf Grundlage der Beschleunigungen ist demzufolge nur f r Vorw rtslaufen ausgelegt L uft man hingegen r ckw rts so wirken auf den Fu bzw Sensor abweichende Kr fte in die entgegengesetzte Richtung Folglich lassen sich die einzelnen Schrittweiten nur mangelhalt ermitteln woraus eine fehlerhafte Gesamtdistanz resultiert Anhand der Geschwindigkeitsaufzeichnungen l sst sich diese Aussage unterstreichen In Abbildung 377 ist die Geschwindigkeit gegen den dritten Laufs 100 m Anzeige und 68 m gespeichert gegen die Zeit abgetragen Es wird ersichtlich dass die Geschwindigkeiten nicht kontinuierlich erfasst werden da es zu zwischenzeitlichen Aussetzern bei der Registrierung der Bewegungen kommt Demzufolge fehlen bei der Berechnung der Gesamtstrecke gr ere Streckenabschnitte und die Distanzen werden
186. in sehr kurvenreicher Weg Besonders das Verhalten des RDS w hrend der Kurven ist hierbei von Interesse 0 200 400 600 800 1000 1200 Meter Abbildung 280 Teststrecke 8 0 angezeigte Strecken Abbildung 280 zeigt die angezeigten Streckenl ngen nach einer zur ckgelegten tats chlichen Distanz von 1081 8 m Es ist ersichtlich dass alle Ergebnisse im Bereich zwischen 1000 und 1050 m deutlich unterhalb des geforderten Wertes liegen Ausgedr ckt als Streckengenauigkeiten bedeutet dies ein Intervall von 92 4 bis 97 1 F r den Mittelwert ergibt sich 1032 5 m Standardabweichung 22 2 m bzw 95 4 E HAC E RDS i Datei 1000 1200 Abbildung 281 Teststrecke 8 0 HAC RDS Datei Vergleich Werden die drei Streckenangaben von HAC RDS und aus der Datei gegen ber gestellt so zeigt sich dass mit maximal 10 m gro en Differenzen alle vier Messungen gut berein stimmen Generell sind die HAC Ausgabedistanzen immer kleiner bzw gleich denen im aufgezeichneten Protokoll Dies deutet auf das Zutreffen des Erkl rungsmodells der kurzzeitig verz gerten Displayanzeige hin 213 4 5 Ciclosport HAC5 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit E e E es w ef op Oo KE 3 A ei Q Vi OU UI Sollgeschwindigkeit 500 750 1000 1250 Weg m Abbildung 282 Teststrecke 8 0 Geschwindigkeitsverlauf Der Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 282 weist vor
187. inaten bestimmt d h man erh lt auf diese Weise neben der eigentlichen Strecke dem Track auch einen H henwert an jeder Position Des Weiteren lassen sich mit einigen Ger ten einfache Navigationen zu eingegeben Punkten durchf hren Durch die Speicherung der Koordinaten und zus tzlicher Parameter wie z B dem Herzschlag kann nach der Tour eine genaue Auswertung und Analyse des Trainings am PC erfolgen Die gefahrenen Tracks lassen sich nach der bertragung auf dem Computer anzeigen Auch die Visualisierung eines H henprofils mit den jeweiligen Pulswerten und ggf der durch die Trittfrequenz erzeugten Leistung erlauben viele Auswertungen und Effizienzsteigerungen f r das n chste Training Ein weiterer Verwendungszweck von GPS ist seit 2004 der Fahrradtourismus Dabei erm glichen kleine Navigationsger te f r Fahrr der das Abfahren einer bestimmten Route und stellen Informationen an Sehensw rdigkeiten bereit Dieses Anwendungsgebiet ist derzeit noch nicht v llig ausgereift Vor allem die kurze Akkulaufzeit von nur ca vier Stunden aufgrund des verh ltnism ig viel Strom verbrauchenden Farbdisplays und der hohen Rechenleistung stellen derzeit noch Probleme f r einen optimalen Einsatz dar Daneben hat sich auch die Technik des Fahrradcomputers an sich leicht ge ndert So wurden nach und nach Verbesserungen eingef hrt wie z B eine Funk bertragung anstelle der Kabelverbindung zwischen der Spule an der Gabel und dem Rechner am Lenker Au
188. ine Filterung der Messwerte bzw der Koordinaten verwendet Bei den H hen kommt zur Stabilisierung scheinbar eine spezielle Methode zur Anwendung Die erreichbare Genauigkeit ist beim Garmin Forerunner 305 in Lage und H he abh ngig von den Empfangsbedingungen wobei die absolute Positionierung bei optimalen Bedingungen teilweise auch gr ere Unsicherheiten aufweist 195 4 4 Garmin Forerunner 305 196 4 Beschreibung der Ger te 4 5 Ciclosport HAC 5 Ciclosport HAC 5 RDS II Hersteller Ciclosport Bezeichnung Modell HAC5 Eingesetzte s Messverfahren Fahrradcomputer Barometrische H henmessung Radar Funktionen Distanz Geschwindigkeit H he Kalorienverbrauch Puls Uhrzeit Datum Stoppuhr Alarmfunktion Temperatur bei Gebrauch als Fahrradcomputer Trittfrequenz und Leistung Ma e BxHxT 51 2 x 53 9 x 15 5 mm Gewicht 51g Lieferumfang HAC5 Computer Armband Lenkerhalter Pulsmesser Brustgurt USB Kabel Geschwindigkeitssender Speichenmagnet Trittfrequenzsender Trittfrequenzmagnet 4 Knopfbatterien Montagematerial Kurzanleitung CD ROM mit Handbuch und Auswertungssoftware Akkulaufzeit Keine Angaben Preis ca 360 4 5 1 Ger tebeschreibung Der HAC5 der Firma Ciclosport stellt in erster Linie einen Fahrradcomputer dar was auch an den beigelegten Materialien des Lieferumfangs sichtbar wird Als Zubeh r kann das ca 135 teure RDS II Radar Distance System erworben werden wodurch
189. ine kontinuierlichen Datens tze Betrachtet man den durch diskrete Punkte dargestellten selben Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 260 so wird ersichtlich dass zwischen den Knickpunkten je nach eingestelltem Aufzeichnungsintervall des Sportcomputers die fehlenden Zwischenwerte linear interpoliert werden 12 11 rm oO Geschwindigkeit km h N U A Um On SS D O O 100 200 300 400 500 600 Weg m Abbildung 260 diskrete Punkte des Geschwindigkeitsverlaufs 204 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 261 Teststrecke 1 0 H henverlauf In Abbildung 261 ist der aufgezeichnete H henverlauf der Teststrecke dargestellt Die relativen H hen werden nach dem Prinzip der barometrischen H henmessung ermittelt wobei die Darstellungs und Speichergenauigkeit 1 m betr gt F r den absoluten H henbezug muss das Ger t auf einem Punkt bekannter H he geeicht werden Auch das H henprofil weist h ufige messgenauigkeitsbedingte Schwankungen auf beschreibt den grunds tzlichen H henverlauf jedoch ordnungsgem Die zum Teil schr gen oder senkrechten Verbindungslinien lassen sich auf die Abbildungsmethode dieses Diagramms zur ckf hren da die H he gegen den Weg aufgetragen ist Wegen der Speichergenauigkeit von Strecken auf 10 m werden u U mehrerer H hen einem Wegpunkt mit gleicher Distanz zugeordnet Teststrecke 2 1 optimale Bedingungen l ngere Strecke Nahezu ideale Bedingun
190. inings bzw Tracks vom Edge zu einem PC Laptop aber auch umgekehrt bertragen werden Prim res Messverfahren des Edge 305 ist die GPS Positionierung bzw Navigation Das Herzst ck der eingebauten Kombination aus GPS Antenne und Empf nger ist der verwendete SiRF SiRFstarlll Chipsatz Dieser zeichnet sich nicht nur durch seine sehr geringe Gr e sondern vor allem durch die hohe Empfangsempfindlichkeit von 159dBm und die gro e Anzahl an simultan agierenden Korrelatoren aus Au erdem k nnen zur Steigerung der Genauigkeit WAAS EGNOS Korrekturdaten empfangen werden F r die H henkomponente ist zus tzlich ein barometrischer H henmesser zur hoch genauen H hen und Gradientenbestimmung Handbuch eingebaut ber das 74 4 Beschreibung der Ger te genaue Zusammenspiel der Sensoren GPS und barometrischer H henmesser l sst sich jedoch vorerst keine pr zise Aussage treffen Vorstellbar w re eine GPS Messung mit erg nzenden relativen H hen H henunterschieden aus barometrischer H henmessung Sicher ist jedoch dass Geschwindigkeits bzw Distanzinformationen vom GSC 10 nur genutzt werden wenn kein GPS Empfang besteht oder das Signal nur sehr schwach ist 4 1 2 Bedienung W hrend die mitgelieferte Kurzanleitung 12 Seiten ausschlie lich die Grundlagen ber die Montage der Komponenten Laden des Akkus sowie die allerersten Schritte nach dem erstmaligen Einschalten des Edge 305 beschreibt r umt das ca 90 seitige Han
191. irik 229 4 5 6 Messprinzip barometrische H henmessung ssssesssssssrerrerrerrrrrerrrrrresees 236 4 5 7 DIN er 239 4 6 Weiten a Se ee 241 4 6 1 Er ee 241 4 6 2 BEEM 243 4 6 3 ene EE 244 4 6 4 Messprinzip Beschleunigungssensor esessssssssresresrreresrrsererrerrerrerrerrresees 245 4 6 5 Messprinzip Barometrische H henmessung sesessesssrssrerrrerrrrrrrrrrrrsees 269 4 6 6 EE 272 4 7 EL EE C ee E E 273 4 7 1 VE LEET 273 4 7 2 EO 1210 E10 O EE 282 Zusammenfassung und Ausblick ssssssssnsesenssesesreseressrrsrersrrrsrererressrresrerseresrrreeeese 283 5 1 Ae EE SNE er 283 5 2 Elle E 284 Bue ere ee E 285 AND ee ee ee 287 Farbliche Unterscheidung der Autoren nach Kapiteln E Joachim Niemeyer FE Jonathan Reusse 1 Einleitung 1 Einleitung 1 1 Motivation Heutzutage spielen Sportuhren zur Trainingssteuerung und Dokumentation eine immer gr er werdende Rolle W hrend im Radsport seit Jahren Fahrradcomputer zum Einsatz kommen steigt das Interesse an Entfernungs Geschwindigkeits und H henmessungen in anderen Disziplinen stetig an Gerade bei Sportarten wie Laufen oder Skifahren sind Planungs und Analysem glichkeiten gefragt Seit kurzer Zeit sind auch Ger te erh ltlich die Alternativen zur Messung mit Rad bieten und damit diese Nachfrage decken sollen Die eingesetzten Messverfahren basieren dabei meist auf GPS Beschleunigungs oder auch Radarmessungen 1 2 Zielsetzung der Arbeit Ziel der Arbeit soll es sein
192. ische Genauigkeiten Durch die hohe Aufl sungsm glichkeiten der Wellenl ngen sowohl bei Tr ger als auch bei Codephasenmessung k nnen theoretische Genauigkeiten f r die Pseudoentfernung von lt 0 2 2 5mm Phasenmessung und lt 0 03 3 0m Codemessung erreicht werden Die Genauigkeit wird jedoch verringert durch Fehlereinfl sse die verschiedenste Einwirkungen auf die Messung bzw das Signal haben k nnen Ausbreitungsspezifische Effekte a lonosph re und Troposph re km Exosph re 1000 800 600 a 400 SS Raumschiff Thermoph re 200 Satellit wachst an 100 mmm Mesopause g0 80 Mesosph re gp 60 Stratopause 40 Radiosonde Uberschall Ad 407 e flugzeug 5 Stratosph re 8 20 20 Ir e 8 Za Verkehrsflugzeug 0 0 8 6 Fallschirmabsprung H y 4 Troposph re 2 en B planetarische Grenzsch cht Ary vi ta A Dua ug j HEr wu K 1 r Meeresh he 0 100 60 20 0 20 40 Temperatur C Abbildung 3 Atmosph re kowoma 2007 Die Signale der Satelliten durchlaufen auf ihrem Weg zum Empf nger sowohl die Ionosph re als auch die Troposph re siehe Abbildung 3 Die lIonosph re befindet sich in ungef hr 80 bis 400 km H he und ist ein Teil der Atmosph re der Erde der r umlichen und zeitlichen Schwankungen unterliegt Sie ist mittags und in quatorn he wesentlich ausgepr gter als beispielsweise nachts an Orten mit h herer geographischer Breite z B in
193. ise nach oben ausgerichtet ist Der L ufer selbst schirmt den Empfang in Laufrichtung nach hinten ab Da sich eine gr ere Anzahl der GPS Satelliten und die geostation ren EGNOS Satelliten im S den befinden m ssten solche Unsicherheiten prinzipiell eher bei L ufen in n rdliche Richtung auftreten Bei der Durchf hrung der Test wurde auf eine m glichst gleichm ige Geschwindigkeit geachtet In Abbildung 197 zeigt sich so ein typischer Geschwindigkeitsverlauf ber die Strecke Hierbei kommt es zu Geschwindigkeitsvariationen bis 2 km h Betrachtet man die mittlere Sollgeschwindigkeit und die mittlere Ist Geschwindigkeit so erkennt man dass diese sehr nahe beieinander liegen Die Differenz betr gt 0 11 km h wobei sich die Sollgeschwindigkeit auf die Sollstrecke dividiert durch die tats chlich verstrichene Zeit bezieht Es ist nun allerdings schwer eine Erkl rung f r die Abweichungen zu finden da der Forerunner 305 im Gegensatz zur Anzeige in Echtzeit eine Nachkommastelle bis auf wenige Ausnahmen nur ganzzahlige Geschwindigkeiten aufzeichnet Dadurch ergeben sich drei Fehlerquellen Ein unregelm iger Lauf Rundungsfehler oder Messfehler des Ger ts Geschwindigkeit dIstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Lem ebe m E n U a D I CH E 3 en Q V U dal Abbildung 197 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf 169 4 4 Garmin Forerunner 305 Der H henverla
194. k auf die rote Taste starten Die Uhr sucht nun 243 4 6 Polar S625X selbstst ndig nach den Sensoren Falls dabei Probleme auftreten sollten etwa wenn das Anstellen des Laufsensors vergessen wurde gibt die S625X eine Warnmeldung CHECK SENSOR aus In der Standardansicht werden automatisch nacheinander alle interessanten Informationen angezeigt Mittels der beiden rechten Kn pfe lassen sich aber auch einzelne Informationen aufrufen bzw 2 verschiedene Werte bereinander anordnen wobei der Puls immer als zus tzlicher Parameter im unteren Teil des Displays angezeigt wird Ein weiterer Druck auf die rote Start Taste setzt eine Markierung f r eine neue Runde Die Lap Zeit wird dann zur ckgesetzt und beginnt mit der Z hlung wieder bei Null Anhand der gespeicherten Daten l sst sich bei einer sp teren Auswertung ebenfalls die Rundenmarkierung erkennen um weitergehende Analysen zu erlauben Die Auswertesoftware Polar ProTrainer 5 f r den PC bietet zahlreiche aag Analysem glichkeiten Sie ist mY Datei Bearbeiten Ansicht Werkzeuge Tests Benchte Opbonen Fenster Hilfe d e iii 332 welle i NC iM 3 tz WIRT e besonders daf r geeignet das R Trainingsprogramm f r die 25 J n chsten Tage zu planen was E auch an einem gro en Kalender mit bereits E absolvierten und geplanten 5 00 a Trainingsl ufen als Startbildschirm bei einem MEd em Dam RE em SS Programmaufruf deutlich wird rot es
195. kann 185 4 4 Garmin Forerunner 305 105 100 Biz 90 Geschwindigkeit H he m lstgeschwindigkeit Bstg Indigkei 85 Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 80 4 72 0 100 200 300 400 0 20 40 60 80 100 120 Weg m Weg m Abbildung 229 Teststrecke 9 0 Abbildung 230 Teststrecke 9 0 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf Durchlauf Die aufgezeichneten H hen in Abbildung 230 k nnten einen H henunterschied von ber 20 m erwarten lassen obwohl dieser tats chlich maximal 3 85 m betr gt Bei eingeschr nkten Sichten durch Geb ude sowie Signalunterbrechung kommt es also zu groben Fehlmessungen der H henkomponente per GPS Alle angezeigten Strecken siehe Abbildung 231 werden im Vergleich zur Sollstrecke 317 m zu kurz gemessen Die Streckengenauigkeit liegt nach Signalunterbrechung bei gt 98 1 Bei Teststrecke 9 1 wird durch die etwas l ngere Unterbrechung nur noch eine Genauigkeit von gt 97 8 erreicht Abbildung 232 Met wg Meter Abbildung 231 Teststrecke 9 0 Angezeigte Abbildung 232 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken Strecken 186 4 Beschreibung der Ger te E badem sun fe IT S ELR sl e eem Image e 2007 AeroWest GkKG ZeEutopa Technologies i z i Ubertragung 51003 6 Abbildung 233 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die
196. ke siehe Teststrecke 1 0 unter optimalen Bedingungen getestet Dabei wurden folgende Distanzen gemessen Meter Abbildung 25 Teststrecke 1 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m Aus den Werten inAbbildung 23 Abbildung 25 resultiert ein Mittelwert von 500 75 m und eine Standardabweichung von 2 38 m Als streckenabh ngige Genauigkeit kann dementsprechend ein Wert von gt 99 2 erreicht werden Garmin gibt eine GPS Geschwindigkeitsgenauigkeit von lt 0 05 m s bei optimalen Bedingungen an Dies macht umgerechnet eine Streckengenauigkeit von gt 98 2 aus Bei 500 m w ren also beispielsweise 509 m gerade noch im angegebenen Genauigkeitsbereich Da es sich in dieser Gr enordnung noch um eine kurze Strecke handelt sollten relative GPS Messungen auch ohne Korrekturdaten noch streckenabh ngige Genauigkeiten von gt 99 erreichen k nnen was hier auch der Fall ist Der Edge 305 bertrifft bei optimalen Bedingungen im Lauftempo 8 12 km h somit sogar die Erwartungen E Datei E Feldbuch Abbildung 26 Teststrecke 1 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 71 4 1 Garmin Edge 305 Auff llig waren hier bereits schon Unterschiede zwischen angezeigten und aufgezeichneten Werten siehe Abbildung 26 Die Abweichungen betragen in diesem Fall maximal 1 m wobei einiges daf r spricht dass die gemessenen bzw berechneten Werte einfach nur leicht zeitverz gert an das Dis
197. ken 139 4 2 FRWD W600 CAM Image 2007 AeroWest 12007JEuropa Technologies MALPLE ae bertragung III 100 Abbildung 153 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die Br cke des Messeschnellwegs die den Fu weg entlang der Hermesallee und damit die Teststrecke 9 1 berf hrt hat an dieser Stelle eine Breite von ca 35 m Hier kommt es zu einer l ngeren Signalunterbrechung In Abbildung 153 l sst sich bez glich des aufgezeichneten Tracks ein hnlicher Effekt wie auf Teststrecke 9 0 beobachten Ab dem Moment der Unterbrechung kommt es zu Unsicherheiten Die Position wird zwar weiterhin vorausberechnet erf hrt aber anscheinend diverse St reinfl sse so dass es zu keiner linearen Pr diktion kommt Im Gegensatz zur Teststrecke 9 0 sind die Auswirkungen dieser Signalunterbrechung nicht so gravierend Hier kommt es nur zu einer maximalen Querabweichung von 6 59 m Da der FRWD W600 auch zuvor schon Probleme bei der Positionierung unter verschlechterten Bedingungen hatte wie sie beispielsweise bei Teststrecke 9 0 auftreten kommt es hier durch optimale Bedingungen nur zu kleineren Abweichungen durch die Signalunterbrechung was auch der Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 154 aufzeigt Durch den Einsatz der barometrischen H henmessung zeigt sich das H henprofil in Abbildung 155 wieder unbeeinflusst von der zwischenzeitlichen Unterbrechung des Signals Geschwindigkeit
198. ken 161 4 3 Casio GPR 100 4 3 5 Zusammenfassung Die Casio GPR 100 ist eine Freizeituhr mit erweiterten Funktionen Sie f llt durch ihr sportliches Design das geringe Gewicht und den hohen Tragekomfort auf Die Bedienung ist nach einer kurzen Eingew hnungsphase sehr leicht und direkt vergleichbar mit anderen digitalen Armbanduhren Die Bedienungsanleitung schreckt mit ihren 350 Seiten zun chst etwas ab zeigt sich dann aber gut strukturiert und anschaulich Das Display ist bersichtlich und auch die Men s sind gut eingeteilt Diese sind jedoch statisch festgelegt wodurch die Anzeige nicht manuell angepasst werden kann Der Stromverbrauch erweist sich im eingeschalteten Messmodus als sehr hoch Das Ladeger t ist mit seinem optionalen Batteriebetrieb sehr praktisch und vor allem auch unterwegs einsetzbar Leider gibt es f r die Daten keine bertragungsm glichkeit auf PC Laptop und damit auch keine Analysesoftware Auff llig sind vor allem die langen Initialisierungszeiten und die h ufigen Unterbrechungen der Messung Die Streckengenauigkeiten liegen nur sehr selten bei gt 99 Selbst bei optimalen Bedingungen kommt es zu sehr hohen Unsicherheiten und stark variierenden Messwerten Eingeschr nkte Sichten f hren nicht zwangsl ufig zu schlechteren Genauigkeiten Die Funktionsweise der Uhr wird erst im Wald deutlich Kommt es zu einer Signalunterbrechung oder kann die GPR 100 nur schwache Signale empfangen wird die Streckenberech
199. kipedia org wiki Fahrradcomputer Wikipedia Radar 10 Mai 2007 Abgerufen am 12 Mai 2007 von Wikipedia http de wikipedia org wiki Radar Wolff C 2007 Radargrundlagen Abgerufen am 12 Mai 2007 von Radar Tutorial http www radartutorial eu 286 Anhang Strecke Zeit Zeit Test Hinweg R ckweg EE Hinweg R ckweg m s s 1 m 1 Aifdge 504 4 500 2001 201 Slfgdee 499 502 500 200 208 6 FRWD 500 5001 500 207 207 Sin 530 520 500 195 19 193 71 9 ac 510 520 500 193 95 194 78 10 Polar 490 480 500 195 30 196 80 Uipoe 490 490 500 191 70 194 10 Strecke Edge Join wm 490 500 108 87 88 75 Din om 490 500 115 63 97 53 optimale Bedingungen keine Daten keine Daten keine Daten edge01 txt gdb kml edge02 txt gdb kml a edge03 txt gdb kml edge04 txt gdb km DI oa o C E nt hac01 txt hac02 txt hac03 txt hac04 txt polar01 txt polar02 txt polar03 txt polar04 txt fore01 txt gdb kml fore02 txt gdb km oo fore03 txt gdb kmi fore04 txt gdb kmi oo edge_fahrrad_O1 txt gdb kml edge_fahrrad_02 txt gdb km mit Fahrrad edge_fahrrad_03 txt gdb kml edge_fahrrad_04 txt gdb kml hac_fahrrad_01 txt hac_fahrrad_02 txt hac_fahrrad_03 txt hac_fahrrad_04 txt Te TE 1l FRWD oo eingeschr nkte Sicht durch Geb ude Expo Plaza 8243 ai a frwdO1 Twdpitzal kmp oe r a mn
200. kte Koordinatenausgabe die das Ger t im Gegensatz zu lteren Produkten nicht bietet Der Stromverbrauch ist gering und auch die Ladezeiten sind sehr kurz N tzlich ist dabei auch das gleichzeitige Laden des Ger ts bei Verbindung ber das mitgelieferte USB Kabel mit einem PC Notebook Der Speicher k nnte hingegen etwas gr er sein wenn man mehrere genau aufgezeichnete Tracks erhalten will und die Daten nicht t glich auslesen kann Die angegebene Aufnahmezeit von 3 5 Stunden kann aber auch so bei einem einzigen Training bereits berschritten werden Die aufgezeichneten Strecken treffen h ufig den wahren Streckenverlauf und auch die Streckengenauigkeit liegt meist bei gt 99 W hrend Abschattungen durch B ume weniger Probleme mit sich bringen kommt es bei eingeschr nkten Sichten durch Geb ude zu gr eren Unsicherheiten Besonders wichtig f r die Genauigkeit ist dabei der Empfang von EGNOS Korrekturdaten und der Konstellation der Satelliten H ufig kann die Distanz von L ufen in Nord S d Richtung dadurch genauer bestimmt werden als in S d Nord Richtung Dabei ist darauf zu achten dass der Nutzer selbst f r gr ere Abschattungen sorgt Komplette Signalabbr che oder l ngere Unterbrechungen wirken sich unterschiedlich aus Auff llig war auch die Verz gerung der Anzeige der einzelnen Werte In fast allen F llen gestaltete sich die tats chlich aufgezeichnete Distanz l nger als die zu diesem Zeitpunkt angezeigte Strecke wobe
201. kurzen Strecken verursachen k nnte Die Ursache besteht in der fehlerhaften Wahrnehmung der Geschwindigkeit Ausrichtung seitlich Eine Anbringung des RDS seitlich des K rpers f hrt zu folgenden Ergebnissen Meter Abbildung 287 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken Anbringungsort seitlich Wie aus Abbildung 287 ersichtlich wird ist eine seitliche Ausrichtung f r die Strecken und Geschwindigkeitsermittlung ungeeignet Die sieben Messungen f hren zu einem Mittelwert von 15 m mit einer Standardabweichung von 12 2 m Dies entspricht einer Streckengenauigkeit von nur 9 4 216 4 Beschreibung der Ger te E HAC E RDS d Datei Abbildung 288 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich Der Vergleich zwischen den drei Ausgabemethoden der Strecken ergibt dass der HAC h ufig um 10 m geringere Distanzen ausgibt als in der Datei gespeichert sind In zwei Messungen registriert das RDS Ger t Distanzen ohne dass diese auf dem Display des HAC oder in seinem Speicherungsprotokoll erscheinen Wie blich werden auf dem Sportcomputer keine gr eren Werte als in der Datei verzeichnet sind ausgegeben Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h 40 Zeit s Abbildung 289 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitskurve in zeitlichen Verlauf Ausrichtung seitlich Anhand des Geschwindigkeitsverlaufes in Abh ngigkeit der Zeit wird deutlich weshalb wesent
202. kzuf hren ist Vernachl ssigt man diesen Ausrei er so wird eine Streckengenauigkeit gt 98 3 erreicht Auch auf Teststrecke 8 0 kommt es zu Differenzen zwischen aufgezeichnetem und angezeigtem Wert wobei die Distanzen die w hrend der Tests notiert wurden wesentlich besser zur Sollstrecke passen als die erneut kleineren aufgezeichneten Werte siehe Abbildung 145 0 200 400 600 800 1000 1200 Abbildung 144 Teststrecke 8 0 Angezeigte Strecken u Datei u Feldbuch 1000 1250 Abbildung 145 Teststrecke 8 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 136 4 Beschreibung der Ger te 12 88 8 11 86 E 10 84 E S 5 8 Geschwindigkeit 82 E C 2 e lstgeschwindigkeit T 80 Et Sollgeschwindigkeit e 78 76 0 250 500 750 1000 1250 0 200 400 600 800 1000 1200 Weg m Weg m Abbildung 146 Teststrecke 8 0 Abbildung 147 Teststrecke 8 0 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Die Geschwindigkeitsverl ufe wie in Abbildung 146 dargestellt weisen zwar alle gro e Schwankungen auf wof r jedoch die unterschiedliche Topographie mit An und Abstiegen eine Ursache darstellen k nnte Hierdurch wurde die Einhaltung einer gleichm igen Geschwindigkeit bei den L ufen erschwert Das H henprofil in Abbildung 147 zeigt sich zum wiederholten Male gleichm ig und beschreibt die besagte Topographie recht gut Unter diesen Bedingungen befindet sich die ab
203. l frwd_04 txt kml keine Daten edge_O5 txt kml gdb edge_06 txt kml gdb forerunner_fahrrad_07 txt gdb kml keine Daten edge_07 txt kml gdb edge_08 txt kml gdb Bemerkung Fahrrad ohne Kalibrierung Fahrrad R ckweg Signal schlecht Fahrrad ohne Kalibrierung Fahrrad Fahrrad Kalibriert auf 1555 m Basis Fahrrad ohne Kalibrierung Radar einzeln Fahrrad Fahrrad Radar einzeln unter dichten B umen Allee Radar einzeln stark eingeschr nkte Sicht nach oben gt Wald Strecke Strecke i Sollstrecke Zeit Hinweg R ckweg H Dateiname Bemerkung Im R ckweg m m edge _fahrrad_O1 txt gdb edge_fahrrad 476 500 132 125 _02 txt gdb mit Fahrrad edge _fahrrad_O3 txt gdb edge_fahrrad 2 Edge 491 491 500 131 130 _04 txt gdb mit Fahrrad 3 Frwo 237 Frwdozfeist kmiy frwd2 oetl kmi o 4 FRWD 288 frwdo3 txt kml frwdo4 txt kml kaum Signal auf R ckweg fore01 txt gdb kml fore02 txt gdb 5 Forerunner 478 500 270 51 286 25 kml fore03 txt gdb kml fore04 txt gdb Forerunner 484 500 276 69 274 36 kml 274 edge01l tt gdb edge02ltxt al lege ml ma soo 270 261 edgeosltxtl gdb edgeoatoetlgab O O OOOO airege 4 asoj soo 27112 262 79 R ckweg Signal schwach Casio ou a am mue Zem en Ger t Punkt 4015 Punkt 4013 ei m 159 3 Laufzeit s Dateiname Bemerkung Lena m 265 2 43 edgeo1 txt gdb
204. lich verk rzte Strecken ermittelt werden Wie bereits des fteren beschrieben wird alle 20 s ein Extrempunkt der Geschwindigkeit dargestellt W hrend dieser Messung gelingt eine Geschwindigkeitsermittlung nur an zwei Stellen dazwischen kann keine Bewegung festgestellt werden Das schlechte Verhalten des RDS bei einer seitlichen Anbringung l sst sich mit den Eigenschaften elektromagnetischer Wellen begr nden Das Messprinzip basiert auf Auswertungen von Dopplerfrequenzverschiebungen welche durch Relativbewegungen verursacht werden Bei einer Aussendung der Wellen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung wird keine Frequenzverschiebung hervorgerufen dementsprechend lassen sich auch keine Geschwindigkeiten feststellen Mathematisch betrachtet wird der als Faktor wirkende Kosinus Term in der Formel zur Dopplerfrequenzverschiebung Formel 2 7 und damit auch der ganze Ausdruck zu Null 217 4 5 Ciclosport HAC5 Die wenigen dennoch verzeichneten Geschwindigkeiten bei den Testl ufen k nnen mit leichten Schwankungen des RDS erkl rt werden Zwar wurde bei der Durchf hrung besonders darauf geachtet das Ger t stabil und genau seitlich des K rpers zu halten aber durch die Laufbewegung war eine geringe Ersch tterung des Sensors unvermeidlich Die Radarwellen wurden somit nicht kontinuierlich exakt im rechten Winkel ausgestrahlt wodurch einige Geschwindigkeitswerte registriert werden konnten Pl tzliches Anhalten Neben dem Verhalten des Sensors
205. ligen Zielen nicht m glich ist Je gr er der Winkel umso schlechter l sst sich also die Objekt bzw Sendergeschwindigkeit ermitteln 30 2 Technische Grundlagen 2 4 Beschleunigungssensoren 2 4 1 Einleitung Im Vergleich zu den anderen bereits beschriebenen Messprinzipien ist die Technik der Beschleunigungssensoren ein noch recht junges Verfahren In der Praxis kommen sie jedoch in verschiedenen Anwendungsbereichen immer h ufiger zur Anwendung Meistens handelt es sich dabei um Orientierungsproblematiken d h die Feststellung der eigenen Lage gegen ber einem festen Raum Ein Sensor kann Beschleunigungen feststellen indem er die auf eine Pr fmasse wirkende Tr gheitskraft registriert Aus den Geschwindigkeitszunahmen und abnahmen lassen sich Lage nderungen ableiten eine doppelte Integration ber die Zeit liefert die Wegstrecke in eine bestimmte Richtung 2 4 2 Geschichtliche Entwicklung Die Entwicklung der Beschleunigungssensoren zur Wegermittlung ist zun chst auf die einfachen Schrittz hler zur ckzuf hren Folglich kann an dieser Stelle auf die geschichtliche Entwicklung des Fahrradcomputers Abschnitt 2 2 2 verwiesen werden Besonders die ersten Pedometer in Form von Bematisten zur Zeit Alexanders des Gro en sind hier von Bedeutung da diese speziell ausgebildeten Personen die L nge einer Strecke erstaunlich genau durch Z hlen ihrer Schritte feststellen konnten und sich auf Grundlage dieses Prinzips die heutigen Schritt
206. lstgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h dSollgeschwindigkeit 150 Weg m Abbildung 154 Teststrecke 9 1 Abbildung 155 Teststrecke 9 1 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf Durchlauf 140 4 Beschreibung der Ger te Auf beiden Strecken l sst sich nun auch noch das Verhalten des W600 bei Signalabbruch untersuchen W hrend Abbildung 156 und Abbildung 157 einen der aufgezeichneten Streckenverl ufe zeigen k nnen die dazugeh rigen Werte aus Abbildung 158 und Abbildung 159 entnommen werden Bei den angezeigten Strecken ist zu erkennen dass diese nach den 30 Sekunden Standzeit einfach weiter vorausberechnet und so ausnahmslos gr er geworden sind Die Ursache kann man auch in den beiden aufgezeichneten Tracks erkennen Statt einer linearen Pr diktion weisen alle gespeicherten Strecken starke seitliche Abweichungen auf Die berechneten Geschwindigkeiten sinken meist langsam ab wie in Abbildung 160 zu sehen ist Es kann jedoch auch zu einer starken Verringerung mit anschlie end schnell gr er werdenden Geschwindigkeiten wie in Abbildung 161 kommen Abbildung 162 und Abbildung 163 stellen zwei H henprofile dar die sehr exakte H henunterschiede aufweisen Teststrecke 9 0 zeigt eine hohe Varianz der Anfangsh hen auf was bei Teststrecke 9 1 nicht der Fall ist Abbildung 156 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink Abbildung 157 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb
207. m aso soo 18740 18970 pupmtindgunl O O O O OOOO y O OS Al P Se wf FOI kKO INGUI cunc k k va a else zen Ze Dateiname Bemerkun 5 5 m Hinweg R ckweg e m m 1 Forerunner 1080 1080 mea 431 97 420 74 repisgslrgiieregitepigl OOS 2 Forerunner 1000 1080 1081 8 04 476 96 fore03l gdbl xt iess 100 men mal 428 4o5 edgeOtl gdbl txt edgeo2 gdbl 0 00S O 1090 mn mal Al Am edgeoskadblit edgenatgchli wan 1260 musl 4182 3 Bl Ken casio mol joen 1081 8 390 84 Bl Keen Polar polar01 txt polar02 txt neu kalibriert auf 500m Basis olar m 0 mal 3877 4032 polen Boa ao aoao nosal ml aoea O egsiensl SEE OSNA AC 1050 1040 1081 8 394 88 409 63 hac01 txt hac 02 txt 1060 ni ml ml ml S 2 1040 1000 1081 8 414 44 428 4 hac03 txt hac04 txt 1010 RWD 1000 1100 1081 8 frwdo1 txt kml Frwg izetllent O RWD 1100 1080 1081 8 frwdOz txt kmi frwaoa txtl km OOOO O O edge_fahrrad_01 gdb txt 1060 1060 1081 8 437 436 edge_fahrrad_02 gdb txt mit Fahrrad edge_fahrrad_03 gdb txt dge 1080 1070 1081 8 274 308 edge_fahrrad_04 gdb txt mit Fahrrad AC 1060 1060 1081 8 362 17 AC 1070 1080 maa 27940 310 64 Edge 1080 Bun 1081 8 aal edge05 gdb txt nachtr glicher Lauf Z e e e GA e e I I m m n n r Ir Io o gt O w m TT Q a oa ioa O sl 2 i 7 kA 17 Strecke nach 30s m Sollstrecke Zeit 8
208. m h Dies liegt weit ber der unter optimalen Bedingungen erreichbaren gesch tzten Genauigkeit von 0 1 km h Besonders aussagekr ftig gestaltet sich jedoch die beispielhafte Betrachtung eines H henverlaufs wie in Abbildung 48 Die wenigen Abweichungen von den 70 m liegen in im Bereich zwischen 1 2 m Verglichen mit dem von dieser Strecke dargestellten Geschwindigkeitsverlauf und der gemessenen Distanzen ist ein derartiger H henverlauf h chst unwahrscheinlich Es kann also auf jeden Fall von einer Nutzung des barometrischen H henmessers ausgegangen werden Dieser kommt vermutlich hnlich wie der GSC10 Geschwindigkeitssensor Fahrrad erst dann zum Einsatz wenn die empfangenen GPS Signale schwach sind oder ganz ausfallen Wie bei den vorangegangenen Tests ist auch hier ein Sprung von mehreren Metern zu Beginn zu beobachten Abbildung 48 Teststrecke 3 0 H henverlauf 89 4 1 Garmin Edge 305 Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Teststrecke 8 0 bietet mit verschiedenen Kurventypen pl tzlichen Spurwechseln sowie einer 180 Wende viele M glichkeiten zur Genauigkeitsuntersuchung Abbildung 49 Teststrecke 8 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Abbildung 49 zeigt einen berblick ber die gesamte Strecke 8 0 Dazu wurde ein aufgezeichneter Track gelb beispielhaft ausgew hlt um ihn mit der Sollstrecke pink zu vergleichen Wie hier ersichtlich wird kommt es nur an wenigen S
209. m h heren Informationsgehalt 25 2 3 Radar ist vor allem eine gr ere Reichweite bei gleichbleibender Sendeleistung von Vorteil da die Mikrowellen die Distanz nicht doppelt zur cklegen m ssen Radarger te lassen sich wie folgt einteilen Radarger te Prim rradarger te A A Pulsradarger te Dauerstrich Radarger te Sekund rradarger te ES EN A A Pulskompression kurze Impulse unmoduliert moduliert Abbildung 11 Einteilung von Radarger ten Wikipedia Radar 2007 Pulsradar Vereinfacht dargestellt strahlt ein Sender ber eine Richtantenne eine hochfrequente Energie meistens kurze stark geb ndelte Wellenz ge Impulse daher Pulsrader in die gew nschte Richtung im Raum ab Treffen die Wellen auf ein Objekt werden sie je nach dessen Beschaffenheit Material geometrische Form unterschiedlich stark reflektiert Die zur ckgeworfene Energie das Echosignal wird mit einem hochempfindlichen Empf nger wieder aufgenommen verst rkt und verarbeitet Im Vergleich zur ausgesandten Energie ist das Echosignal deutlich schw cher so dass zu dessen Wahrnehmung durch den Empf nger je nach Entfernung sehr starke Sender notwendig sind Bei Distanzen von mehreren hundert Kilometern sind auf Grund der D mpfung des Signals durch die Atmosph re einige Megawatt erforderlich wohingegen Ger te zur radarbasierten Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen mit Messungen im direkten Nahbereich nur wenige Watt aufbringen m
210. me Bemerkung Hinweg R ckweg we al BE RE a el gett ET 2ledge mai 27 Deel ml E seieplrstie eemieiieg Forerunner 281 273 27661 91090 7783 estiielzd segitelz oS 270 2m mu mm 0 a GM MM mem OO mun 20 mu Du s Sal Keimen S mun 201 270 286 al 84 keine Daten frwdostoalkmD o mun mm 200 Deel 9 Sei frwdo6lttl kml frwdo7 ttI kmh verl ngerte Aufnahme mit Markierungen FE ann men ae Be a ee S E EEE Strecke R ckweg m zZ A A A e 5 2 z l LP O sl 2 O edge_fahrrad_01 gdb txt 275 271 276 6 edge_fahrrad_02 gdb txt mit Fahrrad edge_fahrrad_03 gdb txt 272 275 276 6 edge_fahrrad_04 gdb txt mit Fahrrad 2766 mn m Eh kA LA Strecke Strecke Zeit Zeit Nr Hinweg R ckweg Sollstrecke f Anbringungsort Dateiname Bemerkung Im E Hinweg R ckweg 3 mei a i 1594 5626 4978 seitlich90 _ haco1txt haco2 tet RES Hinweg 20 RDS R ckweg 40 mei 20 a 1594 5044 46461 seitlich90 _ haco4txt haco5 tet ADS Hinweg 30 RDS R ckweg 10 mi nl 1594 sol seilichsor Iestongietm H nner 20 usrichtung Ger t nach r Strecke Strecke Sen SE R ckweg Sollstrecke R Anbringungsort Dateiname Bemerkung m m Hinweg R ckweg 10 r n scnne veni Strecke Hinweg m Strecke R ckweg m Sollstrecke Zeit Hinweg s Zeit R ckweg s 47 7 51 7 raf polarozoe o Pai 5144 polaros cet polaroa ne 7 Streck Streck Nr Ger t ege i a Sollstrecke Zeit
211. min Forerunner 305 E Datei E Feldbuch Abbildung 212 Teststrecke 3 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Die Tests im Wald unterst tzen die Vermutung der verl ngerten Rechenzeit bei verschlechterten Bedingungen und die damit verbundene Verz gerung der Anzeige siehe Abbildung 212 Betrachtet man ausschlie lich die letztendlich aufgezeichneten Werte so liegen der Mittelwert bei 498 25 m und die Standardabweichung bei nur 2 86 m Daraus folgt eine Streckengenauigkeit von immerhin gt 98 8 was unter derartigen Bedingungen normalerweise nicht zu erwarten w re In Abbildung 213 weicht der aufgezeichnete Track nicht sonderlich von der eigentlichen Strecke ab Die maximale Querabweichung betr gt hierbei 4 61 m W hrend des ganzen Verlaufs deutet nichts auf Signalunterbrechungen oder sogar Signalabbr che hin Die Differenzen in den Strecken kommen haupts chlich durch Verfehlungen des Start und Zielpunktes und der daraus resultierenden Verk rzungen der Distanz zustande Dazu sind in Abbildung 214 alle vier L ufe dargestellt Trotz dieser Verk rzungen um bis zu etwa 15 m allein am Zielpunkt am Startpunkt kommt es zu hnlichen Effekten wurden Distanzen von mindestens 494 m aufgezeichnet 7 Google Abbildung 213 Teststrecke 3 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb 178 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 214 Teststrecke 3 0 Verfehlungen des Zielpunktes
212. n Die beiden L ufe von Teststrecke 1 0 bei denen die dargestellte Distanz gr er war als diejenige in der Datei sprechen allerdings gegen diese These Der Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 338 ist prinzipiell sehr konstant und befindet sich haupts chlich in einem Intervall von ca 0 5 km h Auff llig sind drei Ausrei er bei denen das Tempo auf etwa 8 5 km h kurzfristig abf llt Sie dauern maximal 1 bis 3 Aufzeichnungspunkte an was bei einem 5 s Speicherintervall einem Zeitraum von 5 bis 15 Sekunden entspricht 249 4 6 Polar S625X Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit E m ae OI ef D I Ke E 3 Beni Q L i U dal 500 750 1000 1250 Weg m Abbildung 338 Teststrecke 2 0 Geschwindigkeitsverlauf F r die Ausrei er kommen zwei verschiedene Begr ndungen in Betracht Entweder konnten w hrend des Laufs die Geschwindigkeiten nicht gleich bleibend gehalten werden oder es liegen Fehlmessungen des Laufsensors vor Da 0 8 km h Abweichung zur Durchschnittsgeschwindigkeit f r fehlerhafte Messungen noch relativ gering ist ist hierbei wohl eher die tats chlich gelaufene Geschwindigkeit f r das Verhalten verantwortlich Die kurzzeitigen Ausrei er deuten folglich darauf hin dass der Sportcomputer keine starke Filterung der Messergebnisse in Bezug auf Ausrei er aufweist Die Daten werden stichprobenartig je nach eingestelltem Speicherinte
213. n Radar Beschleunigungssensor GPS 66 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Positionsgenauigkeit Google Quelle Google Earth Das Messdach des Geod tischen Instituts der Universit t Hannover bietet mehrere Messpfeiler siehe Abbildung Diese eignen sich besonders gut f r Positions Lage und H hengenauigkeitstests der Ger te die mit Hilfe von GPS Koordinaten speichern Dank der Platzierung auf dem Geb udedach kommt es zu keinerlei Abschattungen wodurch die Bedingungen f r GPS Messungen optimal sind Aus diesem Grund finden hier auch fast permanent Messungen zu Forschungszwecken statt Au erdem ist es von gro er Bedeutung f r die Untersuchung der Genauigkeit absoluter Werte dass die Koordinaten der Testpfeiler exakt bekannt sind um einen geeigneten Ist Soll Vergleich durchf hren zu k nnen F r die bei den Untersuchungen eingesetzten Pfeiler ist dies der Fall Die Ger te wurden hier mehreren einst ndigen Tests unterzogen wobei alle gleichzeitig und somit unter den gleichen Bedingungen zum Einsatz kamen L nge Om Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Test der Positions Lage und H hengenauigkeit Funktionsprinzipien GPS 67 3 3 Beschreibung der Teststrecken Google Quelle Google Earth Neben der Untersuchung absoluter und relativer H hengenauigkeiten auf den Teststrecken 4 0 und 4 1 werden die absoluten H hen der Ger te mit barometrischer H henmessung noch einmal inner
214. n wiederum als gut bezeichnet werden k nnen Zu mangelhaften Ergebnissen kommt es allerdings bei der Casio GPR 100 wobei es hier zu hnlichen zus tzlichen Abschattungen durch den Nutzer kommt Teststrecke 2 1 eingeschr nkte Sicht durch B ume Teststrecke 2 1 Platz Genauigkeit Bei den durch B ume verursachten Abschattungen k nnen erneut die beiden Garmin Ger te berzeugen Dank der hohen Empfindlichkeit der verbauten SiRFstarlil Chips tze werden GPS Signale durch die Baumkronen hindurch trotzdem noch empfangen wodurch es hier zu sehr guten Ergebnissen kommt Diese beiden Ger te eignen sich also auch gut f r Nutzer die besonders h ufig in Parks Alleen oder helleren Waldst cken trainieren hnliches gilt f r die Polar S625X wobei diese nicht auf den Empfang von Signalen angewiesen ist Der verwendete Beschleunigungssensor kann gerade auf 274 4 Beschreibung der Ger te Untergr nden wie Schotter mittlere Festigkeit hohe Genauigkeiten erreichen Nicht alle Messungen des FRWD W600 sind nur befriedigend einige Ergebnisse sind sogar als gut zu bezeichnen Betrachtet man die aufgezeichneten Distanzen k nnen hier 100 Genauigkeit erreicht werden was aufgrund des gro en Spektrums an v llig unterschiedlich bestimmten Tracks etwas verwunderlich erscheint Die Casio GPR zeigt erneut als einziges Ger t gro e Probleme mit der Ermittlung der zur ckgelegten Entfernung Teststrecke 3 0 stark eingeschr nkte Sicht
215. n Tests im Au enbereich Teststrecke 4 0 und 4 1 sowie innerhalb eines Geb udes durchgef hrt Betrachtet man die H henprofile aus den Tests zuvor so f llt schnell auf dass diese keine gr eren Schwankungen aufweisen und die aufgezeichnete H he oft ber l ngere Zeitr ume stabil bleibt Das Barometer des HAC 5 ben tigt einen Referenzwert um Differenzdr cke messen zu k nnen F r die Bestimmung absoluter H hen muss also ein Bezugspunkt vorhanden sein der eine bekannte H he besitzt und mit dessen Hilfe der H henmesser zun chst geeicht wird In Abbildung 324 wird der Startpunkt am Fu e des H gels als Referenzh he genutzt und ausschlie lich die notierten H henunterschiede betrachtet Dabei beschreiben die angezeigten Entfernungen und die zugeh rigen H hen die tats chliche Topographie der Strecke sehr gut es kommt lediglich zu Abweichungen zu den relativen Sollh hen von lt 2 m rodurweta H he Im Abbildung 324 Teststrecke 4 0 Relative H hen Die registrierten Werte entsprechen den zu den jeweiligen Zeitpunkten angezeigten Werten wie beispielhaft in Abbildung 325 dargestellt Auch der Vergleich aller L ufe in Abbildung 326 best tigt dies 146 16 144 142 140 138 136 134 132 130 128 Lauf 1 H he m Lauf 2 Lauf 3 Lauf 4 Sollh he 0 50 100 150 200 250 Weg m Abbildung 325 Teststrecke 4 0 Einzelner Abbildung 326 Teststrecke 4 0 Vergleich aller H henverl
216. n den 20 s vor einem Geschwindigkeitshochwert wurden jeweils 60 m Strecke aufgenommen bei Tiefwerten hingegen nur 50 m Die Art der Extremwerte ist somit abh ngig von der L nge des Streckenst cks im zur ckliegenden 20 Sekunden Intervall Anhand dieser Begr ndung lassen sich auch die beiden Geschwindigkeitsmaxima bei 100 und 120 s erkl ren da hierbei jeweils 60 m und nicht wie sonst blich abwechselnd 60 und 50 m 203 4 5 Ciclosport HAC5 verzeichnet wurden Das regelm ige Alternieren beschreibt demzufolge eine gleichf rmige tats chliche Laufgeschwindigkeit w hrend im eben beschriebenen Abschnitt 10 m mehr aufgezeichnet wurden und somit die Geschwindigkeit leicht erh ht war Hervorgerufen wird das auff llige Verhaltensmuster durch den verwendeten Speicheralgorithmus des HAC Strecken besitzen nur eine Aufzeichnungsgenauigkeit auf volle 10 m wodurch gr ere Distanzspr nge hervorgerufen werden als etwa bei einer 1 m genauen Aufzeichnung Abh ngig von der Geschwindigkeit ergeben sich demzufolge sowohl zeitliche als auch streckenbezogene Intervalle zwischen den Distanz nderungen welche als Knickpunkte im Diagramm aufgetreten Ein 20 sek ndiges Intervall bedeutet dass 10 m in 20 s zur ckgelegt wurden Dies entspricht einer Geschwindigkeit von 0 5 m s bzw 1 8 km h In allen Abbildungen sind die Messergebnisse nur zur Veranschaulichung mit einer durchg ngigen Linie verbunden es handelt sich grunds tzlich um diskrete und ke
217. n eingeblendet werden Der barometrische H henmesser sorgt f r gleichm ige H henprofile und weist bei H henunterschieden von bis zu 20 m kaum Unsicherheiten auf Gleichzeitig kommt es auch bei gr eren relativen H hen nur zu sehr geringen Abweichungen zur Sollh he In Bezug auf die Strecken und Geschwindigkeitsmessgenauigkeit muss zwischen Fahrradfunktion und anderweitiger Nutzung mit dem RDS unterschieden werden RDS Den Herstellerangaben zufolge werden mit der auf Radarwellen basierenden Messmethode in der Regel 99 Genauigkeit erreicht Um diese erreichen zu k nnen ist allerdings eine Kalibrierung des eigenst ndig nutzbaren RDS erforderlich F r die Tests wurde zur Pr zisionssteigerung ein Kalibrierungslauf ber eine 1000 m lange Strecke durchgef hrt Da sich ein Ma stabsfaktor von genau 1 ergab hatte er keinen Einfluss auf die sp ter angezeigten Distanzen Die Qualit t der Messungen lie sich in diesem Fall folglich nicht weiter durch eine Kalibrierung verbessern Die Genauigkeiten der Streckenmessungen betragen durchschnittlich etwa 92 97 Bei Tests mit verschiedenen Laufstilen haben sich sehr heterogene Ergebnisse gezeigt F r Walking ist das RDS mit mittleren 94 besser geeignet w hrend etwa bei gro en Schrittweiten nur 32 Genauigkeit erreicht werden konnten Des Weiteren hat sich 239 4 5 Ciclosport HAC5 best tigt dass das RDS bei einer seitlichen Ausrichtung nicht sinnvoll eingesetzt werden kann
218. n gro en Zeitraum mit Strom und bedarf gleichzeitig einer sehr geringen Ladedauer Die Dockingstation bzw Ladeschale mit Mini USB Anschluss ist ebenso einfach zu bedienen wie das Ladeger t Der Pulsmesser wird mit einer Knopfbatterie angegebene Lebensdauer etwa 3 Jahre geliefert Es treten keinerlei Probleme bei der Benutzung Anbringung des Brustgurts auf Ist der Pulsmesser umgelegt wird dieser entweder automatisch gefunden oder kann ber das Einstellungsmen manuell gesucht werden Daraufhin findet eine bertragung und Aufzeichnung der Werte dieses Sensors statt solange sich dieser im Umkreis von maximal 3 m um den Forerunner befindet 165 4 4 Garmin Forerunner 305 Die Installation und Datei Bearbeiten Ansicht Benutzer Hilfe GR Vorgeschichte H Tome ecker 1 Wir A X 9 o dd Karte 155 Gesamt Hinweise PC Basemap R oa aa Bedienung der mitgelieferten Software Garmin Training Center ist unkompliziert Wird das Unterprogramm gstart beim Systemstart ausgef hrt wird der Runde 1 14 35 17 w gy B w t Sn 23895955 e Si Anschluss des Edge gg D j S 5 palapala S 3 oe BER zo N bpm automatisch erkannt und die uun odwo Software gestartet Der Herzfrequenz Anschluss des Ger ts an i Zeit min sec i einen PC Laptop erfolgt Abbildung 192 Garmin Training Center mittels USB Datenkabel Mit wenigen Klicks werden anschlie
219. n wird meistens das Kalman Filter verwendet dessen Einsatz im Laufsensor bzw in der S625X auf Grundlage von Abbildung 358 sehr wahrscheinlich ist 260 4 Beschreibung der Ger te en E a m E s GE U en D I CH E 3 PS erd Q L U dal 30 40 Zeit s Abbildung 358 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf Pl tzliches Anhalten Unterschiedliche Laufstile Gehen Im Folgenden werden die Einfl sse von verschiedenen Laufstilen auf die Genauigkeit des Ger tes berpr ft Der erste Test bezieht sich dabei auf normales Gehen anstelle von Laufen 0 50 100 150 200 Meter Abbildung 359 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken Sollstrecke 159 4 m Gehen Mit einem Mittelwert von 142 5 m 5 m Standardabweichung und keiner Messung ber 150 m sind die Strecken bei normalem Gehen ebenfalls verk rzt dargestellt Abbildung 360 Die Streckengenauigkeiten betragen f r die 150 Meter Messung 94 1 und f r die restlichen Strecken 87 8 Wegen der Anzeigegenauigkeit f llt die Exaktheit der Messungen bei kurzen Strecken schnell ab 261 4 6 Polar S625X u Datei E Feldbuch Abbildung 360 Teststrecke 10 0 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken Gehen Bis auf die untere Messung sind bei diesem Test die in der Datei aufgezeichneten Strecken Mittelwert 149 75 m und Standardabweichung 4 6 m wieder gr er als die notierten was w
220. natenm ig exakt bekannt was einen Soll Ist Vergleich erm glicht Die Dauer der Aufzeichnung betrug 60 Minuten Beim FRWD W600 zeichnen sich dabei verschiedene Ergebnisse ab Fall 1 Abstand zur Sollkoordinate 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 167 Messdach Lagegenauigkeit Abbildung 167 zeigt die jeweiligen Abst nde zur Sollkoordinate in Metern ber die Zeit gesehen Es ergibt sich ein Mittelwert der Abweichungen vom Sollpunkt von 0 93 m wobei sich die Werte in einem Bereich zwischen 0 77 m und 1 30 m bewegen Die Standardabweichung betr gt 0 16 m Einen berblick ber die Verteilung der bestimmten Positionen erh lt man in Abbildung 168 Laut Herstellerangaben soll eine Positionsgenauigkeit von lt 3 m erreicht werden was hier der Fall ist Aber auch die abgesch tzte erwartete Genauigkeit von lt 5 m bei Messungen mit WAAS EGNOS Korrekturdaten wird eingehalten Die Ergebnisse sind als etwas ungew hnlich anzusehen wenn man die h ufig fehlerbehafteten Positionierungen aus den Tests zuvor betrachtet Bei einer weiteren Durchf hrung des gleichen Tests wurden dabei die in Fall 2 beschriebenen Positionen bzw Genauigkeiten ermittelt 145 4 2 FRWD W600 was IS Abbildung 168 Messdach Positionsgenauigkeit N gt Fall 2 Abstand zur Sollkoordinate LA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 169 Messdach Lagegenauigkeit In diesem Fall sind die
221. nauigkeit ist der Umfang des Rades Er wurde an den Tagen der Testdurchf hrungen mit Hilfe der Abrollmethode f nf Mal bestimmt und als gemittelter Wert in den Sportcomputer eingegeben um eine hohe Pr zision zu gew hrleisten Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen Zun chst wurde ein Genauigkeitstest unter optimalen Bedingungen auf Teststrecke 1 0 durchgef hrt Die zu fahrende Strecke hat einen Sollwert von 500 m und f hrt entlang einer geraden geteerten und wenig befahrenen Stra e 229 4 5 Ciclosport HAC 5 0 100 200 300 400 500 Meter Abbildung 314 Teststrecke 1 0 angezeigte Strecken Fahrradcomputer HAC Wie bereits aus den Tests mit dem RDS bekannt sein d rfte werden Distanzen vom Fahrradcomputer HAC5 auf 0 01 km und Geschwindigkeiten auf 0 1 km h genau ausgegeben und gespeichert In Abbildung 314 sind die auf dem Display abgelesenen Strecken nach einer gefahrenen tats chlichen Distanz von 500 m angegeben Ergeben haben sich dreimal 490 m und einmal 480 m Die Genauigkeiten liegen dementsprechend in einem Bereich von 96 und 98 Die Standardabweichung von nur 5 m unterstreicht die geringe Streuung und damit verbundene Best ndigkeit bei den Messungen Aus den Testergebnissen resultiert ein Mittelwert von 487 5 m der eine durchschnittliche Streckengenauigkeit von 97 5 beschreibt U Datei E HAC Abbildung 315 Teststrecke 1 0 angezeigte und gespeicherte Strecken Fahrradcomputer HAC Neben den angeze
222. nd eine Standardabweichung von 8 66 m Als streckenabh ngige Genauigkeit kann dementsprechend ein Wert von mindestens 96 erreicht werden FRWD gibt eine Streckengenauigkeit von gt 99 bei guten Bedingungen an Diese werden hier nur durch den letzten Wert nicht eingehalten Der Grund f r diese viel zu kurze Messung zeigt sich in Abbildung 109 wobei die Ursache dieses pl tzlichen Abweichens von der Sollstrecke und das darauffolgende Ende der Aufzeichnung schwer auszumachen ist Abbildung 109 Teststrecke1 0 Lauf 4 121 4 2 FRWD W600 E Datei u Feldbuch Abbildung 110 Teststrecke 1 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei Da die mitgelieferte Armbanduhr des FRWD W600 nur Strecken auf volle 10 Meter genau anzeigt ist es nat rlich sinnvoll die in Abbildung 110 dargestellten aufgezeichneten Distanzen zu betrachten wobei die Reihenfolge der L ufe von unten nach oben abzulesen ist 4 Lauf oben 1 Lauf unten W hrend bei den ersten drei Durchl ufen von maximal 494 m auf 500 m aufgerundet wurde siehe Lauf 3 betr gt die bei dem Ausrei er siehe Lauf 4 laut aufgezeichneter Daten zur ckgelegte Strecke 468 m angezeigt wurden dann 480 m L sst man diese Beobachtung heraus liegt die Streckengenauigkeit immerhin bei gt 98 8 Insgesamt bleibt jedoch festzuhalten dass bei der Anzeige der Werte nur auf und nicht abgerundet wird 7 Google Abbildung 111 Tests
223. ndigkeiten von ihr ab so m sste theoretisch ein anderer Faktor angebracht werden um f r jede Bewegungsart wie Gehen Joggen Laufen Sprinten usw eine Anpassung an den individuellen Stil zu erhalten Um dem Nutzer nicht so viele Kalibrierungsl ufe zumuten zu m ssen werden diese geringen Ungenauigkeiten hingenommen bzw es steht ihm selbst frei Kalibrierungen vor jedem Lauf mit anderer Geschwindigkeit durchzuf hren Das bestm gliche Ergebnis l sst sich erzielen wenn der Laufstil w hrend des Kalibrierungslaufes exakt mit dem des sp teren Trainings Laufes auch in Bezug auf die Geschwindigkeit bereinstimmt Des Weiteren ist anzumerken dass die Position des Foot Pods auf dem Schuh nach der Kalibrierung nicht ver ndert werden soll da dadurch ebenfalls wieder die Kalibrierungskonstante ge ndert werden m sste Eine Drehung des Foot Pods auf dem Schuh z B bewirkt dass die Beschleunigungen nicht mehr in Sagittalrichtung ermittelt werden sondern etwas schr g versetzt zur Laufrichtung Demzufolge passen die tats chlichen Beschleunigungen w hrend eines Schrittes nicht mehr so gut zu den mathematischen Modellen auf welchen der Algorithmus beruht und es kommt zu systematisch verf lschten Schrittl ngen die sich weitestgehend ber einen Kalibrierungsfaktor korrigieren lassen Auch das Sport Kit von Nike erm glicht eine Kalibrierung um den Sensor an den eigenen Laufstil anzupassen Die Verwendung von nur einem Beschleunigungsmesser f h
224. nen neben den daf r vorgesehenen Akkus auch normale AAA Batterien verwendet werden Besonders vorteilhaft ist auch die gro e Speicherkapazit t die es erlaubt bis zu 60 Stunden Daten aufzuzeichnen Die mitgelieferte Software ist sehr bersichtlich und besonders anschaulich gestaltet Die bertragung zu einem PC Laptop ber Funk USB Dongle kann teilweise etwas l nger dauern Einstellungen des Empf ngers sind auch nur von der Software aus m glich Diese bietet weiterhin einige Auswertem glichkeiten und Analysefunktionen Die aufgezeichneten Strecken treffen eigentlich nur bei optimalen Bedingungen den wahren Streckenverlauf und die Genauigkeit liegt selten bei gt 99 W hrend Abschattungen durch B ume dazu f hren dass die aufgezeichneten Tracks meist nur parallel zur Sollstrecke verschoben sind kommt es bei Abschattungen durch Geb ude zu sehr gro en Schwankungen und dadurch auch zu hohen Unsicherheiten M gliche Ursache k nnten hier auch Mehrwegeffekte Multipath sein Doch auch bei guten Bedingungen kommt es zu verschiedenen unerkl rlichen Fehlmessungen oder unterschiedlichem Verhalten bei gleichen Bedingungen und gleichen Teststrecken Dies betrifft meist eine fehlerhafte absolute Positionierung schon zu Beginn der Aufzeichnung Komplette Signalabbr che oder l ngere Unterbrechungen wirken sich unterschiedlich aus was auch wieder haupts chlich von den u eren Bedingungen vor nach der Signalunterbrechung abh ngt Auff llig wa
225. ner Fahrt mit 35 km h ergibt sich eine scheinbare Geschwindigkeit von 35 0875 km h Die Abweichung ist somit lt 0 1 km h Das Beispiel bezieht sich auf nur auf die angegebenen Zahlenwerte Dabei muss das Verh ltnis zwischen Fehler und Radumfang beachtet werden Wird die Umfangsbestimmung mehrmals mittels Abrollmethode vorgenommen so lassen sich Genauigkeiten gt 99 erzielen Radar Eine Genauigkeitsaussage ber Radar basierte Verfahren l sst sich an dieser Stelle schlecht treffen Beim RDS von Ciclosport sei auf die Herstellerangaben von in der 43 3 2 Genauigkeitsanforderungen an die Ger te Regel 99 verwiesen Dieser Wert bezieht sich auf ein kalibriertes Ger t In den Tests lassen sich also Genauigkeiten in dieser Gr enordnung erwarten Beschleunigungssensoren Wie bereits beim Radar ist es auch bei den Beschleunigungssensoren kompliziert Genauigkeitsaussagen zu treffen Die erzielbare Pr zision ist abh ngig von der Messgenauigkeit der Akzelerometer und des mathematischen Modells zur Rekonstruktion der Schrittl ngen Unter konstanten Bedingungen ergeben sich laut Polar f r den Laufsensor S1 mit der Sportuhr S625X Abweichungen von 3 der Sollstrecke Wird das Ger t kalibriert so lassen sich noch genauere Ergebnisse erzielen Barometrische H henmessung Bei barometrischen H henmessungen werden relative H henunterschiede ber Luftdruck und Temperaturver nderungen ermittelt Folglich sind die Registriergenauigkei
226. net werden also den Empf ngeruhrfehler als weitere Unbekannte ein und ben tigt so auch eine weitere unabh ngige Pseudostreckenmessung zu einem weiteren Satelliten Man ben tigt also f r die dreidimensionale Positionsbestimmung mindestens 4 Satellitensignale Kahmen 1997 2 1 GPS Global Positioning System b Messrauschen und Antennenexzentrit t Beim Empfang von GPS Signalen tritt Messrauschen auf Es handelt sich hierbei um einen zuf lligen Fehler der somit nicht modelliert werden kann Bei einer Antenne unterscheidet man in elektronisches Phasenzentrum und mechanisches Zentrum Fallen das elektronische Phasenzentrum in dem das Signal tats chlich empfangen wird und das mechanische Zentrum geometrisches Zentrum der Antenne nicht zusammen so erh lt man eine Antennenexzentrit t die aber in der Regel nur wenige Millimeter betr gt und durch Kalibrierung bestimmt werden kann c Relativistische Effekte Die spezielle Relativit tstheorie besagt dass Zeit bei schnellen Bewegungen langsamer vergeht als bei langsamer Bewegung oder gar Stillstand Da sich Satelliten jedoch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit 12 000 km h bewegen laufen deren Uhren von der Erde aus betrachtet also langsamer was aufgrund der relativistischen Zeitdilatation einen Zeitfehler von ca 7 2 usec Tag ausmacht Wesentlich gr er ist aber die Zeitdilatation die aus der allgemeinen Relativit tstheorie hervorgeht Der Beobachter auf der Erde unterliegt eine
227. ng 132 zeigen sehr genaue Werte an Lediglich der letzte Lauf f llt aus dieser Reihe heraus Dazu ist jedoch zu sagen dass die Messung bei diesem Signalabbruch anscheinend vom W600 gestoppt wurde Ansonsten treten interessanterweise nicht so gro e Probleme auf wie bei eingeschr nkter Sicht in den beiden Tests zuvor Durch Betrachtung von Abbildung 133 wird auch hier ersichtlich dass die angezeigten Werte ber den aufgezeichneten liegen maximal 39 m 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 132 Teststrecke 3 0 Angezeigte Strecken E Datei E Feldbuch Abbildung 133 Teststrecke 3 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 131 4 2 FRWD W600 hnlich wie bei den Strecken zuvor kommt es im Wald auch zu mehreren verschiedenen Situationen Die meisten aufgezeichneten Tracks sind wie in Abbildung 134 parallel zur Sollstrecke verschoben wobei sich die Verschiebung zwischen 15 m und wie dargestellt 35 m bewegt Einige Aufzeichnungen befinden sich dabei auf der rechten Seite des Kurses andere auf der linken Seite Dabei wurden jedoch trotzdem immer Distanzen von 500 m angezeigt Nur beim letzten Lauf in Abbildung 135 sieht man eine fehlerhafte Positionierung bereits am Startpunkt der Strecke im Norden Hinzu kommt ein verfr htes Beenden der Datenspeicherung im letzten Abschnitt der Strecke Auch im Wald ist es schwer Erkl rungen f r dieses Verhalten zu finden Ab
228. ng der Anzeige der einzelnen Werte war sehr auff llig In fast allen F llen gestaltete sich die tats chlich aufgezeichnete Distanz l nger als die zu diesem Zeitpunkt angezeigte Strecke wobei die Differenzen abh ngig von den u eren Bedingungen waren Anscheinend rufen schlechtere Bedingungen l ngere Berechnungszeiten hervor die dann eine dementsprechend zeitverz gerte Weitergabe an die Ausgabeschnittstelle zu verantworten haben W hrend Abschattungen durch B ume weniger Probleme mit sich bringen kommt es bei eingeschr nkten Sichten durch Geb ude zu gr eren Unsicherheiten und dadurch teilweise zu ganzen parallelen Verschiebungen des aufgezeichneten Tracks Besonders wichtig f r die Genauigkeit ist auch der Empfang von EGNOS Korrekturdaten und der Konstellation der Satelliten H ufig kann die Distanz von L ufen in Nord S d Richtung dadurch genauer bestimmt werden als in S d Nord Richtung Dabei ist darauf zu achten dass der Nutzer selbst f r gr ere Abschattungen sorgt in Laufrichtung nach hinten Komplette Signalabbr che oder l ngere Unterbrechungen wirken sich meist unterschiedlich aus Betrachtet man das Kurvenverhalten des Forerunner 305 so erkennt man teilweise recht starke Gl ttungen An manchen Stellen kommt es auch zu kleineren Drifts Eine gro e Schwierigkeit f r GPS Messungen stellt beim Forerunner die st ndige Bewegung des Arms in verschiedene Richtungen dar Um gr ere Schwankungen zu vermeiden wird e
229. ng der Daten aller Monitorstationen in Echtzeit lassen sich Informationen ber Uhren und Bahnen der Satelliten gewinnen die dann in Form von Korrekturdaten ein bis zweimal am Tag per S Band Signal 2000 4000MHz bertragen werden Nutzersegment F r die Nutzung des Satellitensystems GPS zur Positions oder Zeitbestimmung ben tigt man eine Empfangsanlage die aus Antenne Empf nger Bedienfeld Anzeige und Stromversorgung besteht Heutzutage sind diese Komponenten meist zusammen in einem Geh use verbaut und teilweise so kompakt dass sie in Armbanduhren integriert werden k nnen Hauptleistungsmerkmale bei GPS Empf ngern sind dabei die Anzahl der Kan le heute mindestens 12 Kan le und die Frequenzen welche empfangen werden k nnen Au erdem ist das Aufl sungsverm gen einer Wellenl nge entscheidend da hiervon bei Phasenvergleichsmessungen die erzielbaren Genauigkeiten abh ngen Desweiteren unterscheidet man in Code und Tr gerphasenmessungen wobei Ger te die nur die Codemessung beherrschen wesentlich g nstiger sind als Empf nger welche sowohl Code als auch Tr gerphasenmessung unterst tzen 2 1 GPS Global Positioning System 2 1 4 Messverfahren Codemessung Die klassische L sungsmethode zur Positionsbestimmung ist die sog Codel sung Hierbei wird ein vom Satellit ausgesendeter PRN Code Pseudo Range Noise Code empfangen der auf eine Tr gerwelle moduliert ist siehe Abbildung 2 lme 14 Carrier ia IL LIT
230. nisse anderer L ufe s u untersucht werden um eine m gliche Systematik feststellen zu k nnen Neben der ermittelten Strecke sind auch die Geschwindigkeiten von Bedeutung W hrend der Testdurchf hrung wurde bestm glich auf eine einheitliche Geschwindigkeit geachtet folglich sollte der Geschwindigkeitsverlauf m glichst gleichm ig sein und wenig variieren Der Polar S1 ermittelt anhand der auf den Fu wirkenden Beschleunigungen die aktuelle Geschwindigkeit und errechnet daraus anschlie end den zur ckgelegten Weg Aus diesem Grund ist eine ordnungsgem e Geschwindigkeitsermittlung ma geblich entscheidend f r die sp tere Distanz und muss daher genau bestimmt werden 246 4 Beschreibung der Ger te Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit E e h w ef oo gt E 3 PS erd Q L U dal Abbildung 334 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf In Abbildung 334 ist der Geschwindigkeitsverlauf der zweiten Messung dargestellt Gut l sst sich erkennen dass die Geschwindigkeit sehr konstant bleibt und nur in einem Intervall von ca 0 5 km h schwankt Der Unterschied von 0 23 km h zwischen Durchschnitts Istgeschwindigkeit und Sollgeschwindigkeit l sst sich mit der um 25 m Datei von der tats chlichen abweichenden Strecke begr nden Abbildung 335 Teststrecke 1 0 H henverlauf Der H henverl
231. nnerhalb von 12 Stunden um die Erde Sie befinden sich auf 6 verschiedenen Bahnebenen mit einer Bahnneigung Inklination von 55 bezogen auf den quator S mtliche Satelliten sind mit hochgenauen Oszillatoren Genauigkeiten von 10 s bis 10 13s ausgestattet die f r die Messung der GPS Zeit geringf giger Unterschied zur UTC Universal Coordinated Time zust ndig sind Die Satelliten senden kontinuierlich Signale aus die sich aus der Grundfrequenz von 10 23 MHz ableiten lassen und die Tr gerfrequenzen L 1575 42 MHz und L 1227 6 MHz besitzen Auf der Tr gerwelle von L ist sowohl der P Code Precise Code als auch der C A Code beides sogenannte PRN Codes Pseudo Range Noise Codes moduliert w hrend auf L nur der P Code bertragen wird Kontrollsegment Die Kontrolle ber das Satellitensystem hat das US Verteidigungsministerium Zu deren Aufgaben geh ren die Bestimmung von GPS Zeit die Vorausberechnung von Ephemeriden und die bertragung und Speicherung der Korrekturdaten im Datenspeicher der Satelliten Hierf r eingerichtet sind Eine Hauptkontrollstation Master Control Station Colorado Springs USA 10 weltweit verteilte Monitorstationen siehe Abbildung 1 und zahlreiche Bodenantennen Das Signal eines Satelliten erreicht so immer mindestens 2 Monitorstationen 2 Technische Grundlagen Abbildung 1 Verteilung von aktiven rot und passiven violett Monitorstationen kowoma 2007 Durch die Auswertu
232. ntrollmessungen aufdecken und eliminieren l sst Wenn das Messergebnis durch Einfl sse verf lscht wird welche stets in demselben Sinne wirken handelt es sich um systematische Fehler Sie k nnen bei einseitiger Handhabung unkorrekter Eichung oder durch u ere Einfl sse wie einseitig auf das Messinstrument wirkende atmosph rische Effekte Temperatur nderung Luftdruck usw hervorgerufen werden Bei einer Sportuhr mit barometrischer H henmessung Abschnitt 2 5 resultiert trotz unver nderter Position aus einer Luftdruckver nderung eine H henvariation Abhilfe schafft in diesem Fall eine Eichung ein anderes Messverfahren z B H he ber GPS bestimmen falls verf gbar oder eine rechnerische Ber cksichtigung bzw Korrektion Problematischer verh lt es sich mit den sog zuf lligen Fehlern Werden von einem Messergebnis die groben und systematischen Fehleranteile abgezogen so bleiben laut Kahmen 1997 unbekannte Elementarfehler ber welche aufgrund ihres wahllosen Auftretens als zuf llige Fehler bezeichnet werden Im Zusammenhang mit Sportuhren werden diese Fehler haupts chlich durch die Unvollkommenheit der Messinstrumente und durch unkontrollierbare Ver nderungen der u eren Umst nde verursacht Im statistischen Sinne handelt es sich bei diesem Fehleranteil um stochastisch unabh ngige Ver nderliche welche den Gesetzen des Zufalls unterliegen und sich auf die Messergebnisse genau so oft mit positiven und negativen Vorze
233. nung zun chst abgebrochen und erst dann weitergef hrt wenn eine Messung wieder m glich ist Die Distanz zwischen zuletzt gemessener und neu ermittelter Koordinate wird daraufhin auf die Gesamtstrecke aufaddiert Dies l sst sich auch bei einem kompletten Signalabbruch unter einer Br cke erkennen da es hier zu keiner Beeintr chtigung der zur ckgelegten Entfernung kommt Die Berechnung erfolgt streng statisch Es werden weder Werte vorausberechnet noch gefiltert Die Strecke ergibt sich also aus s mtlichen gemessenen ungefilterten Koordinaten was zu hohen Unsicherheiten f hrt Im Handbuch steht dazu Folgendes Messwerte sind nur als d ungef hre Ann herungswerte zu verstehen Schwierigkeiten bei der genauen Positionierung ergeben sich vermutlich durch die Anbringung der Uhr am Handgelenk und so durch die Bewegungen des Arms w hrend der Messung sowie durch die Abschattungen f r die der Nutzer selbst verantwortlich ist Au erdem besitzt die Antenne eine sehr geringe Gr e und ist zudem w hrend des Trainings oft seitlich ausgerichtet 162 4 Beschreibung der Ger te 4 4 Garmin Forerunner 305 Garmin Forerunner 305 Hersteller GARMIN Bezeichnung Modell Forerunner 305 Eingesetzte s Messverfahren GPS Funktionen Datum Distanz Geschwindigkeit H he verbrauchte Kalorien Neigung Herzfrequenz Steuerkurs Uhrzeit Stoppuhr Ma e BxHxT 54 x 68 x 20 mm Gewicht 75g Lieferumfang Forerunner 305 US
234. o e Querabweichungen zur Sollstrecke aufweist Bei der anderen Fahrt blau wurde die Geschwindigkeitsinformation mit den GSC 10 Fahrradsensor stabilisiert Der 106 4 Beschreibung der Ger te entsprechende Track verl uft als recht gerade Verbindung zwischen Start und Endpunkt Die verschiedenen Methoden der Bestimmung f hren auch Auswirkungen auf die Streckengenauigkeit mit sich wie in Abbildung 89 zu sehen ist Die beiden beschriebenen Fahrten sind hier als roter Balken haupts chlich GPS und gr ner Balken GSC 10 dargestellt 0 250 500 750 1000 1250 Meter Abbildung 89 Teststrecke 2 1 angezeigte Strecken Die Streckenanzeige ist bei Verwendung des Fahrradsensors etwas k rzer In den aufgezeichneten Daten ergibt sich eine Distanz von 995 5 m wobei der Unterschied wieder auf die Anzeigeverz gerung zur ckzuf hren ist Insgesamt ergibt sich bei der Streckenmessung eine genauere Angabe bei Einsatz von GPS Steht kein Signal zur Verf gung weicht der Edge auf den Fahrradsensor aus der die Strecken anscheinend in diesem Fall etwas ungenauer erfasst Die Genauigkeit betr gt trotzdem noch 99 4 In Abbildung 90 ist der H henverlauf der Fahrt dargestellt die mit Hilfe des GSC durchgef hrt wurde Das Verhalten weist sowohl stark wechselnde als auch einheitliche Bereiche auf Daraus l sst sich schlie en dass die H hen sowohl mit GPS wo verf gbar als auch mit einer barometrischen H henmessung ermittelt wer
235. ollwerten der Streckenmessungen zu Satelliten resultierenden Streckenkorrekturdaten per Funk Bluetooth usw an einen Rover zweiter Empf nger gesendet oder die Korrekturdaten werden von einem Anbieter bezogen der selbst Referenzstationen betreibt Dabei geht man davon aus dass die Fehler die durch u ere Einfl sse auf die Strecke wirken in der N he der Referenz Basisstation hnlich gro sind wie Fehler bei den Referenzen selbst Die Stationen des Satellitenpositionierungsdienstes kurz SAPOS sind beispielsweise fl chendeckend in ganz Deutschland verteilt Streckenkorrekturen k nnen entweder ber Funk oder GPRS 13 2 1 GPS Global Positioning System Handy kostenpflichtig in Echtzeit empfangen und angebracht werden oder nach der Messung im Postprocessing Nachbearbeitung verarbeitet werden Zus tzlich kann eine sogenannte virtuelle Referenzstation ber Interpolation zwischen den umliegenden Stationen berechnet werden Grunds tzlich ist die Genauigkeit bei der Positionierung per DGPS abh ngig vom Abstand zu den Referenzstationen und der Qualit t der Koordinaten der Referenzpunkte und kann teilweise bis in den Millimeterbereich steigen GPS Empf nger f r den Outdoor Bereich nutzen immer h ufiger EGNOS oder WAAS Daten Wide Area DGPS 2 1 7 GPS Empf nger Funktionsweise amp Auswertegang Beim Aussenden der Signale eines Satelliten wird nicht nur der Code sondern auch eine Navigationsnachricht auf die Tr gerwell
236. on Videospielen 2 4 3 Funktionsprinzip Solcher kleinen Systeme bedienen sich auch die Beschleunigungssensoren f r die Streckenermittlung beim Laufen Dabei gibt es zwei grundlegende hnlich arbeitende Systeme zum einen der von Dynastream entwickelte Chip SpeedMax f r einen Foot Pod der von den Firmen Polar S1 getestet und Suunto T6 nicht getestet verwendet wird und zum anderen das von Nike angebotene iPod Sport Kit ebenfalls nicht getestet Bei beiden Varianten ermitteln die Akzelerometer jede einzelne Schrittl nge individuell wodurch im Vergleich zu den einfachen Schrittz hlern mit fest vorgegebener Schrittl nge insbesondere auch bei variierenden Schrittl ngen eine hohe Geschwindigkeits und Streckenmessgenauigkeit erm glicht werden soll Der Vorteil der Sensortechnik ist die Unabh ngigkeit des Laufortes so k nnen Geschwindigkeiten und Strecken im Gegensatz zu GPS gest tzten Verfahren auch im 32 2 Technische Grundlagen Geb udeinneren oder im Freien bei GPS kritischen Situationen wie Sichtbehinderungen durch H userschluchten oder in W ldern verwendet werden Beide Varianten machen sich den zyklisch wiederholenden Bewegungsablauf des Fu es beim Gehen Laufen zu Nutze Bei der Gangbewegung wird der Rumpf abwechselnd von einem Bein getragen Standbein w hrend das andere Bein am ersten vorbeischwingt Schwingbein oder Spielbein Benninghoff amp Goerttler 1978 Das Gehen l sst sich somit in zwei Hauptph
237. on allen getesteten Ger ten h here Genauigkeiten erzielt werden was durch die optimalen Bedingungen f r GPS Messungen vor und direkt nach der Signalunterbrechung zu erkl ren ist Insgesamt l sst sich aber sagen dass kurzzeitige Ausf lle des Signals bei geradlinigen Strecken nur wenig Einfluss auf die Genauigkeit von Ger ten mit GPS basiertem Messverfahren besitzen Teststrecke 10 0 anderer Anbringungsort Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Setzt man den Beschleunigungssensor der Polar S625X etwas h her am Fu an so verschlechtert sich auch sofort die Genauigkeit der Streckenmessung Abh ngig von der Kalibrierung ist es also wichtig das Ger t immer an der gleichen Stelle zu belassen Teststrecke 10 0 Ausrichtung des Ger ts nach hinten Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Teststrecke 10 0 Ausrichtung des Ger ts zur Seite Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Auch bei der Ciclosport HAC 5 mit eingesetztem RDS II spielt gerade der Anbringungsort des Radarsensors eine gro e Rolle Sobald dieser nicht mehr direkt nach vorne ausgerichtet ist kommt es zu Unsicherheiten Wird das Ger t in Laufrichtung nach 279 4 Ger tevergleich hinten ausgerichtet sind die erzielten Genauigkeiten mangelhaft w hrend Messungen mit seitlich angebrachtem RDS II komplett unbrauchbar sind Teststrecke 10 0 Laufstil Gehen Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Werden der Beschleunigungssensor de
238. p welches die Laufzeit der von einem Schiff reflektierten Wellen ermitteln konnte So wurde das erste radarbasierende Ortungssystem entwickelt welches sowohl in Deutschland als auch in Gro britannien patentiert wurde 1921 erfand Albert Wallace Hull mit dem Magnetron eine leistungsf hige Sender hre Ein Jahr danach gelang dem Naval Research Laboratory USA die erstmalige Ortung eines h lzernen Schiffes Ebenfalls das Naval Research Laboratory schaffte 1930 die erste erfolgreiche Ortung eines Luftfahrzeuges 23 2 3 Radar In der folgenden Zeit wurden einige tiefergehenden Forschungen betrieben z B wurden Signalverst rker entwickelt und das erste Schiff mit einem eigenen Radarsystem also Sende und Empfangsantenne ausger stet 1935 entwickelte Robert Watson Watt das erste funktionierende Luftfr hwarnsystem welches Flugzeuge zwischen 10 und 60 km Entfernung detektieren konnte Im Osten und S den der Britischen Inseln wurde das System von der Royal Navy bereits installiert was w hrend des 2 Weltkrieges von gro er milit rischer Bedeutung war John Randall und Henry Boot zwei Physiker der Universit t Birmingham in England brachten 1939 die Wende im U Boot Krieg indem sie ein leistungsstarkes Mikrowellenradarger t entwickelten und in B 17 Bomber einbauten Durch den ausgebrochenen 2 Weltkrieg und die zunehmende Bedeutung der Luftwaffe verst rken sich die Entwicklungen im Bereich der Radartechnik stark In Frankreich Russland
239. pa d E Sie besitzt eine Tagebuchfunktion um f r Abbildung 331 Polar ProTrainer 5 jeden Tag die eigenen Fitnesswerte und zus tzliche Informationen wie beispielsweise das Wetter oder die Anzahl der Schlafstunden zu speichern Wie in Abbildung 331 zu sehen ist erfolgen die Analysen der L ufe nach der bertragung der Daten von der Uhr per Infrarot auf den PC anhand grafischer Darstellungen Das Programm bietet weiterhin die M glichkeit verschiedene Ma einheiten ineinander umzurechnen 4 6 3 Tragekomfort Das Tragen der Polar S625X ist recht angenehm obwohl der bergang zwischen Uhr und Armand einen etwas schlecht verarbeiteten Eindruck erweckt Der Armbandempf nger ist mit 58 g recht leicht und sitzt gut auf dem Arm Durch das Armband kommt es w hrend des Laufens nicht zum Verrutschen der Uhr Auch die beiden Sensoren lassen sich gut am Oberk rper bzw am Schuh befestigen Der elastische und in der L nge verstellbare Gurt passt sich gut dem K rper an Die vollst ndige Ausr stung Uhr Laufsensor und Pulsmesser hat insgesamt ein Gewicht von 187 g wobei mit 70 g der gr te Anteil vom S1 beigetragen wird Durch die Anbringung auf dem Schuh wird sein Gewicht allerdings nicht wahrgenommen 244 4 Beschreibung der Ger te 4 6 4 Messprinzip Beschleunigungssensor Teststrecke 1 0 Das Laufset von Polar wurde zun chst unter optimalen Bedingungen auf Teststrecke 1 0 einer Genauigkeitsuntersuchung unterzogen Der feste Untergrund a
240. play weitergeleitet oder nicht schnell genug berechnet werden k nnen Unwahrscheinlich ist es hingegen dass der Edge 305 prinzipiell andere Strecken aufzeichnet als angezeigt werden d HS 93 f 20074Europa Technologies a vs Google Imageiee DO AeroWest Zeiger 32 U 557315 35 MO 579664476 mN H he 82m bertragung III 100 Sichth he 170m Abbildung 27 Teststrecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die aufgezeichneten Tracks haben jeweils nur sehr geringe Querabweichungen zu der genau eingemessenen Sollstrecke wie hier in Abbildung 27 zu sehen ist OH pa Technologies H RT ar i A d Google Imagel 2007 AeroWest u Zeiger 32 U 55730898 m O 579654068 m N H he 81i m bertragung II OI 100 Sichth he 180 m Abbildung 28 Teststrecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track blau 78 4 Beschreibung der Ger te Die maximale Abweichung aller L ufe senkrecht zur Sollstrecke betr gt gerade einmal 2 05 m wobei Werte in dieser Gr enordnung eher selten auftauchen In Abbildung 28 ist sowohl dieses Maximum ungef hr in Bildmitte als auch eine Verschiebung des Anfangspunkts in n rdliche Richtung zu sehen Die Gesamtdistanz dieses Laufs bel uft sich wieder auf 504 m da sich am anderen Ende der Strecke ebenfalls eine Verschiebung um etwa 5 m in gleicher Richtung ausmachen l sst Bei diesem Track zeigt sich also eine eindeutig fehlerbehaftete ab
241. pliziert werden um daraus den Reifenumfang zu erhalten A Ventil Kreidemarkierungen Ventil Abbildung 8 Abrollmethode Bedienungsanleitung Kabelloser Fahrradcomputer GT 7316 Etwas aufw ndiger ist die in Abbildung 8 dargestellte Abrollmethode Hierbei wird eine Stelle auf dem Reifenmantel markiert oder man benutzt eine markante Stelle des Reifens etwa das Ventil Befindet sich die Markierung unten wird die Kontaktstelle zwischen Reifen und Boden beispielweise mit einem Kreidestrich auf dem Boden kenntlich gemacht Daraufhin setzt sich der Fahrer auf das Rad und rollt m glichst gerade los bis die Markierung nach einer Reifenumdrehung wieder am untersten Punkt angelangt ist Nach der erneuten Markierung auf dem Boden wird die Strecke zwischen den beiden Marken ausgemessen und die Gr e meistens in der Einheit Millimeter in den Computer eingegeben Zur Genauigkeitssteigerung kann der Vorgang mehrmals wiederholt werden als Umfang ist dann der Mittelwert der Messungen in das Ger t einzugeben 20 2 Technische Grundlagen Bei diesem Verfahren gibt es zahlreiche Ver nderungen um die Genauigkeit zus tzlich zu steigern So lassen sich als Markierungen anstelle des Ventils zum Beispiel abf rbende Substanzen wie ein kleiner Klecks Senf direkt auf den Reifenmantel auftragen Durch die Vorw rtsbewegung des Fahrrades entstehen zwei Farbabdr cke auf dem Boden deren Abstand genau dem Reifenumfang entspricht Die Ungenauigkeit
242. ppuhr Geschwindigkeit H he Herzfrequenz Steuerkurs spezielle Trainingseffektwerte Aufzeichnung zus tzlich Temperatur Luftdruck Neigung Ma e BxHxT Uhr 47x64 x 17 mm Empf nger 55x95 x15 mm Gewicht Uhr 46g Empf nger 84 g Lieferumfang W600 Empf nger Wrist Display Uhr Armbefestigung 4 x Akkus Akkuladeger t USB bertragungsdongle Pulsmesser Software FRWD Replayer Pro Akkulaufzeit bis zu 12 Std Preis ca 399 4 2 1 Ger tebeschreibung Der FRWD W600 ist ein GPS Empf nger mit zugeh riger Armbanduhr Wrist Display Zum Aufzeichnen der Tracks und zur Berechnung und Anzeige der Distanzen und Geschwindigkeiten wird zum einen das GPS System genutzt zum anderen werden 3D Strecken und Geschwindigkeiten durch einen barometrischen H henmesser bestimmt Die mitgelieferte Uhr dient dabei nur als Anzeigeschnittstelle s mtliche Messungen gehen von dem Empf nger aus Die Stromversorgung dieses Hauptger ts wird durch drei AAA Akkus sichergestellt die laut Hersteller f r bis zu 12 Stunden Outdoor 117 4 2 FRWD W600 Betrieb und f r bis zu 24 Stunden Aufzeichnung der Herzfrequenz Indoor Betrieb ausgelegt sind Stattdessen k nnen auch normale AAA Batterien verwendet werden wobei hier die Laufzeit von deren Leistung abh ngt Zum Laden der Akkus wird das mitgelieferte Ladeger t genutzt Die Armbanduhr 46 g wird ber eine Knopfbatterie versorgt die f r etwa 500 Stunden Bet
243. r Runde 1 14 35 17 Anschluss des Edge automatisch erkannt und die Herztroequenz bpm un odwe j z Software gestartet Der Anschluss des Ger ts an Zeit min sec einen PC Laptop erfolgt Abbildung 24 Garmin Training Center mittels USB Datenkabel Mit wenigen Klicks werden anschlie end die aufgezeichneten Strecken Wegpunkte usw bertragen Wie in Abbildung 24 ersichtlich wird k nnen hier in bersichtlicher Form Trainings aufgerufen und nach Datum sortiert werden Au erdem wird der aufgezeichnete Track dargestellt wobei Aufl sung und Inhalt Details der Karte eher unbefriedigend sind Abhilfe schafft kostenpflichtiges Kartenmaterial was hier nicht weiter untersucht werden soll Insgesamt enth lt die Software aber nur wenige Einstellungsm glichkeiten 4 1 3 Tragekomfort Das Gesamtgewicht der einzelnen Komponenten betr gt gerade einmal 193 g wobei der Edge selbst mit 79 g sogar weniger wiegt als vom Hersteller angegeben ca 88 g Dadurch dass es sich um einen Fahrradcomputer handelt ist das Gewicht ohnehin nicht so entscheidend Der Pulsmesser 74 g liegt mit seinem verstellbaren und elastischen Band gut an der Brust an Umfang von ca 63 86 cm 76 4 Beschreibung der Ger te 4 1 4 Messprinzip GPS Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen F r die Untersuchung der Genauigkeit der Distanz und Geschwindigkeitsmessung des Garmin Edge 305 wurde dieser zun chst auf der Referenzstrec
244. r nkte Sicht durch B ume Auf dieser 1000 m langen Teststrecke mit eingeschr nkter Sicht im Georgengarten treten zwei unterschiedliche Geschwindigkeitsverl ufe auf Geschwindigkeit Geschwindigkeit Geschwindigkeit km h H vn in un Geschwindigkeit km h 10 lstgeschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit 5 Sollgeschwindigkeit 0 0 0 250 500 750 1000 1250 0 250 500 750 1000 1250 Weg m Weg m Abbildung 85 Teststrecke 2 1 Abbildung 86 Teststrecke 2 1 Geschwindigkeitsverlauf 1 Geschwindigkeitsverlauf 2 Die erste Darstellung zeigt einen recht schwankenden Verlauf der das typische Verhalten einer GPS bestimmten Geschwindigkeit mit verschlechterten Signalen aufweist Die Abweichungen liegen in einem Intervall von ca 7 km h Das zweite Profil hingegen ist stark gegl ttet Es liegt ein eindeutiges Signal vor welches nur sehr geringe Schwankungen aufweist und die tats chlich gefahrene Geschwindigkeit n her beschreibt Es wird ersichtlich dass in diesem Fall der Fahrradsensor GSC 10 zur Unterst tzung eingesetzt wurde da das GPS Signal durch die nahen B ume stark abgeschattet wurde Das Verhalten ist auch anhand der Tracks nachweisbar 105 4 1 Garmin Edge 305 Es zeigt sich dass w hrend der ersten Fahrt pink Signalst rungen durch Abschottungen aufgetreten sind Folglich wird der Track als kurvig verlaufende Linie dargestellt welche z T gr
245. r zur ckgelegte Weg mittels Integration errechnet wird m ssen die Geschwindigkeiten ber die auftretenden Beschleunigungen pr zise festgestellt werden Werden diese korrekt erfasst so verursachen Geschwindigkeitsvariationen keine schlechtere Streckengenauigkeit Die Genauigkeitsvergleiche zwischen den beiden Teststrecken f hren zu der Annahme dass auf l ngeren Strecken der zur ckgelegte Weg exakter bestimmt werden kann R ckw rtslaufen Im folgenden Test wird untersucht ob der am Schuh befestigte Beschleunigungssensor die Strecke auch beim R ckw rtslaufen bestimmen kann im I E Feldbuch 4 0 50 100 150 200 250 Meter 0 50 100 150 200 250 Abbildung 375 Teststrecke 10 0 angezeigte Abbildung 376 Teststrecke 10 0 angezeigte und Strecken beim R ckw rtslaufen gespeicherte Strecken beim R ckw rtslaufen R ckw rtslaufen f hrt mit dem S1 zu sehr heterogenen Ergebnissen wie in den beiden Abbildungen verbildlicht wird Zum Teil werden nach der 159 m langen Strecke Werte im Bereich zwischen 0 40 m angezeigt wobei aber auch 100 m und 220 m ausgegeben werden Der hohe Grad der Streuung wird in der sehr gro en Standardabweichung von 90 44 m zum Mittelwert 74 m ausgedr ckt Der Durchschnittswert hat somit eine Genauigkeit von nur 46 der Sollstrecke Des Weiteren ist bei diesen Messungen der Unterschied zwischen registrierten und angezeigten Entfernungen u erst ausgepr gt Der sich aus den Distanzen
246. r 80 im Falle der schlechtesten 257 4 6 Polar S625X Einzelergebnisse mit 120 m sogar nur 75 3 Eine Standardabweichung des Mittelwerts von 9 57 m ist f r diese kurze Strecke auch relativ hoch aber mit der Anzeigegenauigkeit des Displays zu begr nden E Datei E Feldbuch Abbildung 353 Teststrecke 10 0 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken anderem Anbringungsort Bei diesem Test sind die in den Dateien gespeicherten Distanzwerte einheitlich gr er als die Angezeigten Folglich liegt der Mittelwert von 137 25 m auch wesentlich n her an der Sollstrecke die Abweichung betr gt allerdings immer noch 13 9 Die entsprechende Standardabweichung berechnet sich zu 5 9 m Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 354 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf anderer Anbringungsort In Abbildung 354 ist ein typischer Geschwindigkeitsverlauf veranschaulicht Zu beachten ist allerdings dass die hier angezeigten Geschwindigkeiten von den Tats chlichen abweichen Die fast senkrechte Anbringungsposition des Laufsensors bewirkt ein Kippen des Sensorinternen Bezugssystems auf dem die beiden Beschleunigungsmesser in Horizontal und Vertikalrichtung angeordnet sind Durch die Neigung des Systems 258 4 Beschreibung der Ger te werden demzufolge nicht mehr die Beschleunigungskr fte in Schrittricht
247. r Kate Kalender Einstellungen Analyse Hilfe dargestellt Beim Abspielen des Tracks wandert ein Cursor jeweils in beiden Bildern entlang des Verlaufs Dabei werden zus tzliche Daten wie maximale Geschwindigkeit minimale H he oder auch maximale Herzfrequenz durch kurzes Anhalten und eine blinkende Anzeige verdeutlicht Im F O Analyse Modus gibt es dann noch sn ag OC die M glichkeit verschiedenste Abbildung 107 FRWD Replayer Pro Durchschnitts und spezielle Trainingswerte einzusehen Au erdem k nnen hier s mtliche Messdaten grafisch dargestellt werden Der Anschluss des Ger ts an einen PC Laptop erfolgt mittels USB Funk Dongle Mit wenigen Klicks werden anschlie end die aufgezeichneten Strecken Wegpunkte und sonstige Daten bertragen Die Trainings k nnen dann in Listenform sortiert und unter anderem auch ausgetauscht werden Besonders praktisch ist die Ausgabe einer Google Earth Datei kml wodurch es m glich wird den zur ckgelegten Weg in der Karte direkt zu betrachten da sich im Softwareumfang kein zus tzliches Kartenmaterial befindet Karten lassen sich jedoch als Bilder hinter den gew nschten Track legen Mal abgesehen von den wenigen Einstellungsm glichkeiten des Recorders die auch dar ber vorgenommen werden enth lt das Programm einige Optionen Profile Trainingseigenschaften usw Zudem handelt es sich noch um eine vor allem grafisch sehr ansprechende Benutzeroberfl che kombiniert mit einer einfach
248. r Mikroelektronik erlaubte bald die Herstellung von miniaturisierten Sensoren welche zum gr ten Teil auf piezoelektrischen Methoden beruhen bei denen 31 2 4 Beschleunigungssensoren dynamische Druckschwankungen ber ein piezoelektrisches Sensorbl ttchen in elektrische Signale umgewandelt werden oder als Micro Electro Mechanical System MEMS aufgebaut sind MEMS sind aus Silicium hergestellte Feder Masse Systeme bei denen die von Beschleunigungen hervorgerufenen Auslenkungen der Masse an der Feder gegen ber einer Bezugselektrode eine nderung der elektrischen Kapazit t hervorruft welche gemessen werden kann und auf die zugeh rende Beschleunigung schlie en l sst Nach einem sehr hnlichen Prinzip arbeiten in der Geod sie sogenannte Gravimeter Abbildung 16 wobei die Krafteinwirkung der Schwerkraft auf eine an einer Feder befestigten Pr fmasse festgestellt und daraus die Erdbeschleunigung selbst abgeleitet werden kann MESS SPINDEL LA E GEH USE VERBINDUNGS HEBEL S STOSSD MPFENDE FEDER Abbildung 15 Prinzip eines Relativ Gravimeters Abbildung 16 Relativgravimeter Torge 2003 Timmen 2006 Diese Art Beschleunigungssensoren kommen in vielen Gebieten der Technik zum Einsatz Einige Anwendungsbeispiele sind die Airbag Systeme im Auto die Seismik Erdbebenvorhersage in Zusammenarbeit mit Gyroskopen Kreisel die Stabilisierung und Lageregelung von Hubschraubern sowie neuerdings die Steuerung v
249. r Polar S625X oder der Radarsensor der Ciclosport HAC 5 unter verlangsamten Geschwindigkeiten zum Beispiel beim Gehen verwendet kommt es in beiden F llen zu hnlichen mangelhaften Ergebnissen Teststrecke 10 0 Laufstil Walking Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Auch beim Walking kann keine der beiden Sportuhren wirklich berzeugen wobei die erzielten Genauigkeiten der Ciclosport HAC 5 mit RDS noch als ausreichend zu bezeichnen sind Vom Einsatz der Polar S625X beim Walking ist jedoch eher abzuraten Teststrecke 10 0 Lauftechnik Gro e Schrittweite Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Teststrecke 10 0 Lauftechnik Kleine Schrittweite Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit 280 4 Beschreibung der Ger te Bei der Wahl der unterschiedlichen Schrittweiten f llt auf dass die Genauigkeit der Polar S625X sowohl bei gro en als auch bei kleinen Schrittweiten mangelhaft ist W hrend besonders kleine Schrittweiten bei der Ciclosport HAC 5 noch zu ausreichenden Ergebnissen f hren m ssen Strecken die bei L ufen mit gro en Schrittweiten gemessen werden als absolut unbrauchbar bezeichnet werden Teststrecke 10 0 Lauftechnik Vorfu lauf Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Teststrecke 10 0 Lauftechnik Springen Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Teststrecke 10 0 Laufrichtung r ckw rts Teststrecke 10 0 Platz Genauigkeit Auch bei anderen Lauftechniken bzw Stil
250. r Untergrund auf die Messergebnisse auszuwirken Daher werden die Verhaltensweisen des Ger ts auf den folgenden beiden Teststrecken 6 0 und 7 0 einerseits auf weichem nachgebendem Rasen und andererseits auf einem aus lockerem Schotter bestehendem Feldweg zwei verschiedene Bodenarten gepr ft Meter Meter Abbildung 340 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 341 Teststrecke 7 0 Schotter angezeigte Strecken angezeigte Strecken Den beiden Abbildungen lassen sich die angezeigten Distanzen auf den Teststrecken 6 0 mit Rasen Abbildung 340 und auf lockerem Schotter Abbildung 341 mit jeweils einer Sollstrecke von 500 m erkennen Der Mittelwert f r den Rasen Test betr gt 497 5 m Standardabweichung 8 16 m auf dem Feldweg hingegen 492 5 m mit nur 5 m Standardabweichung Es l sst sich konstatieren dass die Strecken auf weichem nachgebendem Untergrund etwas gr er angezeigt werden als auf einem mittelharten Feldweg Weiterhin sind die erreichten Genauigkeiten auf diesem Untergrund mit durchschnittlich 99 5 bezogen auf den Mittelwert und 98 im schlechtesten Fall besser als die mittleren 98 5 bzw minimal 96 bei Teststreck 7 0 251 4 6 Polar S625X E Datei E Datei E Feldbuch 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Abbildung 342 Teststrecke 6 0 Rasen Abbildung 343 Teststrecke 7 0 Schotter angezeigte und aufgezeichnete Strecken angezeigte und aufgezeichnete Strecken
251. r auch die Vorausberechnung der einzelnen Werte f r die Anzeige Kommt es bei guten Bedingungen nur zu Aufrundungseffekten so entsteht bei eingeschr nkten Sichten sofort eine Differenz zwischen Aufzeichnung und Anzeige von gt 10 m Betrachtet man das Kurvenverhalten des W600 so f llt hier sofort die starke Gl ttung ins Auge Dabei kommt es sowohl zu Drifts als auch zu Schnitten Aber auch die zwischenzeitlich offensichtlich gr eren Positionsspr nge werden im aufgezeichneten Track durch den Gl ttungsfilter abgeschw cht Insgesamt haben aber weder die dadurch entstehenden Wellen im Streckenverlauf noch die Kurven einen Einfluss auf die Streckengenauigkeit Die Geschwindigkeiten und wenn berhaupt im geringen Ma e auch die H hen werden ebenfalls gefiltert Bei der H henmessung fallen der stabile Verlauf der Profile sowie die sehr hohe relative H hengenauigkeit die meist weit unter 1 m liegt auf Einziger Unsicherheitsfaktor ist hier die per GPS ermittelte absolute Anfangsh he die auch bei optimalen Bedingungen sehr stark variiert 151 4 2 FRWD W600 152 4 Beschreibung der Ger te 4 3 Casio GPR 100 CASIO GPR 100 Hersteller CASIO Bezeichnung Modell GPR 100 Eingesetzte s Messverfahren GPS Funktionen Distanz Geschwindigkeit Uhrzeit Stoppuhr Datum Weltzeit UTC Timer Wecker Ma e BxHxT 49x72x17 mm Gewicht 62 g Lieferumfang Casio GPR 100 Uhrenst nder Ladeger t Netzadapter
252. r bis zum n chsten Wert bei 40 s Erst dort zeigt der abrupt ge nderte Bewegungsablauf Auswirkungen indem innerhalb eines Speicherintervalls von 2 s die Geschwindigkeit auf Null sinkt Es besteht folglich die M glichkeit dass die nderung bereits fr her registriert wird aber durch die vermutliche lineare Interpolation im 20 Sekunden Intervall zun chst unterdr ckt wird Zudem ist auff llig dass das Fallen der Geschwindigkeit wie erw hnt innerhalb von nur 2 s stattfindet Da keine weitere Streckenzunahme erfolgt kann ein sprunghafter Geschwindigkeitsabfall schneller verzeichnet werden 40 Zeit s Abbildung 294 Teststrecke 10 0 H henverlauf Pl tzliches Anhalten Der H henverlauf in Abbildung 294 macht deutlich dass die angezeigte H he auch w hrend der 30 sek ndigen Ruhephase um 1 m variiert Diese Schwankung ist am ehesten auf die Messgenauigkeit des barometrischen H henmessers zur ckzuf hren da sich kurzzeitige Luftdruckschwankungen innerhalb weniger Sekunden ausschlie en lassen 220 4 Beschreibung der Ger te Unterschiedliche Laufstile Gehen Im Folgenden werden die Einfl sse von verschiedenen Laufstilen auf die Genauigkeit des Ger tes berpr ft Der erste Test bezieht sich dabei auf normales Gehen anstelle von Laufen 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Meter Abbildung 295 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken Gehen Mit einem Mittelwert von 144 m 5 5 m S
253. r gr eren Gravitation als der Satellit in 20200 km H he so dass die Uhr des Satelliten wiederum langsamer l uft von der Erde aus betrachtet Insgesamt w rde der Gesamtfehler etwa 10 km pro Tag ausmachen was jedoch durch die Frequenz nderung der Uhren von 10 23 MHz auf 10 229999995453 MHz unter unver nderter Angabe von 10 23 MHz kompensiert wird Seeber 2003 2 1 6 Genauigkeit Die Genauigkeit der Positionsbestimmung ist die Kombination aus Pr zision geringe Streuung und Richtigkeit tats chliche Position Ma geblich sind hierbei die gemessenen Pseudostrecken zu den Satelliten Die verschiedenen Fehlereinfl sse auf diese haben unterschiedlich gro e Auswirkungen auf die Genauigkeit wie im folgenden Diagramm dargestellt ist Verh ltnisse der Einfl sse und absolute Werte in m 10 2 Technische Grundlagen E Einfluss der Ionosph re E Bahnfehler der Satelliten E Satellitenuhrfehler E Multipath E Einfluss der Troposph re 2 5m E Rechnungs und Rundungsfehler Mess rauschen Antennenexzentrit t Insgesamt ergibt sich also ein Fehler der Strecken von 12 m der aber mit Korrekturwerten durch Systeme wie WAAS und EGNOS auf bis zu 3 5 m mit differentiellen GPS Messungen sogar bis in den Millimeterbereich verkleinert werden kann F r die Genauigkeit der Positionsbestimmung muss jetzt allerdings zus tzlich noch die jeweilige Konstellation der Satelliten betrachtet werden zu der der sogenannte PDOP
254. r sich durch die gleichbleibende H henanzeige bemerkbar machte kann hier eigentlich nur von einem bertragungsfehler zwischen Recorder und Uhr ausgegangen werden Abbildung 178 zeigt alle aufgezeichneten L ufe mit ihren jeweiligen H henprofilen auf die Starth he reduziert In allen F llen wird dabei auf den Endpunkt bezogen eine relative H hengenauigkeit lt 1 m erzielt 106 14 104 102 100 Lauf 1 98 8 4 H he m Lauf 2 96 6 Lauf3 94 Lauf 4 92 e Sollh hen Gg i Weg m 0 50 100 150 200 250 300 90 0 50 100 150 200 250 300 0 Abbildung 177 Teststrecke 4 1 Einzelner Abbildung 178 Teststrecke 4 1 Vergleich aller H henverlauf L ufe mit relativer Sollh he 150 4 Beschreibung der Ger te 4 2 6 Zusammenfassung Der FRWD W600 ist ein Geschwindigkeits und Distanzmesser der nicht nur aus einer Uhr besteht sondern vor allem aus einem separat angebrachten Empf nger der das eigentliche Messger t darstellt Hat man die Steuerung sowie die optischen und akustischen Signale des Rekorders erst einmal verstanden ist die Bedienung denkbar einfach Notfalls r umt die Anleitung die leider nur auf CD vorliegt alle Fragen aus So kann das ganze Set ber nur drei Tasten gesteuert werden Leider gibt es dabei auch keine M glichkeit die Anzeige der Uhr anzupassen Hier k nnen immer nur zwei Messwerte gleichzeitig angezeigt werden Der Stromverbrauch ist gering au erdem k n
255. rct Terahertr Radar Mittelwelle Zoch Mittel Nieder strahung strahlung Stahlunc Gammastrahlung R ntgenstrahlung Kuzwslie _angwells fiequerle Ni krowellen RKungt nk Wwechsestrome Im 1am 1 inm tum di im ikm 1Mm Wellen e t l nge 10 1014 1013 101 all 4010 40 108 107 10 10 10 10 10 10 10 10 10 108 10 10 1407 10 105 10 10 10 0 109 0 Te 1 Meya Hz Kin Mai 1 Zetta Hzi i1 Bra iz I Peta 2 1 Tera H2 Mikrowellenbereich Abbildung 13 Frequenzbereich S rgel 2006 Abh ngig von der Frequenz der Mikrowellen spricht man in der Radartechnik von verschiedenen B ndern Historisch haben sich unterschiedliche Bezeichnungen entwickelt weshalb eine einheitliche europ ische Frequenzbandbezeichnung eingef hrt wurde Die jeweiligen internationalen Bezeichnungen sind der gr nen Zeile der nachstehenden Grafik zu entnehmen Mikrowellen Ze Milimeler sichtbares Licht 10 234 665810 20 Wellenl nge cm 300 150 60 30 15 755 3 45 O75 05 0 E Abbildung 14 Frequenzb nder Wolff 2007 2 3 6 Fehlereinfl sse Wie bei allen auf hochfrequenten elektromagnetischen Wellen basierenden Techniken ist das gr te Problem das so genannte Rauschen mit dem unspezifische Wellenaktivit ten beschrieben werden Nahezu alle elektronischen Bauteile erzeugen 29 2 3 Radar Rauschen welches nur ber die Verbesserung der Bauelemente und Schaltungen vermindert werden kann Insbesondere in der N
256. rden die Ger te auf Teststrecke 2 0 unter eingeschr nkter Sicht durch Geb ude und somit unter verschlechterten Bedingungen getestet In Abbildung 115 sind die Ergebnisse der L ufe aufgelistet Der Mittelwert betr gt 880 m und die Standardabweichung berechnet sich zu 21 21 m Man erkennt hier schon dass s mtliche Strecken verglichen mit dem Sollwert 824 m viel zu lang gemessen wurden In diesem Fall wird nur noch eine Streckengenauigkeit von gt 90 5 erreicht Angezeigte und aufgezeichnete Werte liegen noch weiter auseinander siehe Abbildung 116 Dabei kommt es nicht mehr nur zu Aufrundungen auf die n chsten vollen 10 Meter sondern schon zu beachtlichen Spr ngen Betrachtet man beispielsweise das Wertepaar f r Lauf 3 wird deutlich dass hier bereits eine Differenz von 34 m entstanden ist wobei die Ursache daf r schwer auszumachen ist Es k nnte sich um erh hte Berechnungszeiten oder schlechte Pr diktionen handeln Vorstellbar w ren auch Drifts in Kurven 0 200 400 600 800 1000 Meter Abbildung 115 Teststrecke 2 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 824 m E Datei E Feldbuch 800 Abbildung 116 Teststrecke 2 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch aufgezeichnete Strecken Datei 125 4 2 FRWD W600 Bei einer Betrachtung der aufgezeichneten Tracks siehe Abbildung 117 wird deutlich dass eingeschr nkte Sichten wie erwartet einen Einfluss auf die Genauigkeit haben Der gr te T
257. rden kann Alle angezeigten Gr en unterliegen einer Aktualisierungsrate von 1 Sekunde Eine weitere m gliche Ansicht ist die Betrachtung der zur ckgelegten Strecke in verschiedenen Ma st ben zusammen mit der momentanen Geschwindigkeit sowie ein H henprofil ber die zur ckgelegte Strecke mit Angabe der momentanen H he und des bisherigen Gesamtaufstiegs Zuletzt k nnen im Hauptmen noch diverse Einstellungen vorgenommen werden Dazu geh ren die Verwaltung der aufgezeichneten Protokolle verschiedene Trainingseinstellungen AutoPause Alarme Virtual Partner usw Navigationsoptionen Speichern und Aufsuchen von Wegpunkten Verwaltung von Routen und Ansicht des Skyplots und allgemeine Einstellungen Anzeigeeinstellungen Eingabe des Nutzerprofils sowie der Fahrradprofile bis zu 3 Profile Auswahl der Einheiten und der verschiedenen Puls oder Geschwindigkeitsbereiche Hier l sst sich auch die Datenaufzeichnung konfigurieren Wird ein Aufzeichnungsintervall von 1 Sekunde gew hlt so kann der interne Flash Speicher nur bis zu 3 5 Stunden beschrieben werden Ist der Speicher voll werden existierende Daten berschrieben Abhilfe schafft hier die M glichkeit der intelligenten Aufzeichnung bei der nur wichtige Punkte gespeichert werden wodurch sich die Datenmenge abh ngig der zur ckgelegten Strecke reduziert Mit Hilfe des Datenkabels und der mitgelieferten Software einschlie lich Treiber Garmin Training Center k nnen Tra
258. recke befindet sich in vertikaler Anordnung im Treppenhaus des MZ Geb udes der Universit t Hannover Beim Edge 305 muss keine Eichung durchgef hrt werden da dies durch absolute H henbestimmung per GPS geschieht K nnen w hrend der Messung keine Signale empfangen werden wird die zuletzt gemessene H he verwendet Um nun aber m glichst exakte Aussagen ber die Genauigkeit treffen zu k nnen wurde die Anfangsh he auf die Sollh he reduziert In Abbildung 105 werden die gemessenen H hen dargestellt Die Abweichungen liegen bei durchschnittlich 1 29 m und die Standardabweichung betr gt 1 16 m W hrend zu Beginn der Messung noch keine Differenzen zum Sollwert auftreten sind es nach einem H henunterschied von 70 m bereits 1 bis 3 m Daraus resultiert eine Genauigkeit von gt 97 5 140 E Sollh hen H he m E Gemessene H hen Abbildung 105 Teststrecke MZ absolute H hen 115 4 1 Garmin Edge 305 4 1 7 Zusammenfassung Der Garmin Edge 305 ist ein ausgereifter Fahrradcomputer Die Bedienung ist leicht verst ndlich und rein intuitiv m glich trotzdem wird eine Vielzahl an Funktionen angeboten Das Display ist bersichtlich und auch die Men s sind gut eingeteilt Einzig und allein das Kartenmen wird bei l ngeren Distanzen etwas un bersichtlich da es keinerlei M glichkeiten gibt den angezeigten Track zu verschieben Man kann hier nur den Anzeigema stab ndern Denkbar w re auch eine dire
259. rfassten und gespeicherten Parameter f r Radsportler da sich bei einigen Ger ten die Parameter nach der Tour am PC auslesen und analysieren lassen Dies erm glicht eine hochgradig effiziente Trainingsgestaltung Abbildung 7 Einfacher Fahrradcomputer 2 2 2 Geschichtliche Entwicklung Urspr nglich diente ein Fahrradcomputer nur der Geschwindigkeits und Entfernungsanzeige Im Laufe der Jahre hat sich das Ger t von einem antiken Schrittz hler zu einem High Tech Computer entwickelt der immer mehr Funktionen in sich vereint Erste Streckenmessungen wurden schon w hrend der Zeit von Alexander dem Gro en im antiken Griechenland get tigt Hier kamen speziell ausgebildete menschliche Schrittz hler sogenannte Bematisten zum Einsatz Durch das Z hlen ihrer Schritte konnten sie mit erstaunlicher Genauigkeit Wegstrecken bestimmen In der Naturalis Historia von Plinius wurden einige Messergebnisse von zwei Bematisten Alexanders festgehalten denen zufolge ein durchschnittlicher Fehler von nur 4 2 bei sehr langen Strecken z T ber einige hundert Kilometer aufgetreten sein soll Diese Ergebnisse sind so genau dass bereits hier von der Verwendung von mechanischen Ger ten ausgegangen wird Engels 1978 Allerdings wurden noch keine Beweise f r deren Einsatz gefunden Die technische Grundlage wurde zwischen 27 und 23 v Chr von einem r mischen Ingenieur namens Vitruvius gelegt der den ersten in der Literatur beschriebenen mechanisch
260. rieb geeignet sein soll Als Betrieb z hlt hierbei die Zeit in der die Uhr ber Funk mit dem Empf nger verbunden ist um die Messwerte in Echtzeit anzuzeigen Sie besitzt ein Monochrom Display ca 25 x 22 mm das aus 5 Zeilen besteht Hier werden neben Standardsymbolen f r Batteriezustand Datenverbindung zum Recorder ungef hre Anzahl der sichtbaren Satelliten und Pulsmesserempfang immer jeweils zwei Messgr en mit ihren zugeh rigen Bezeichnungen angezeigt Die Uhr bietet zwei Tasten zur Steuerung wobei eine Taste die LCD Hintergrundbeleuchtung f r einige Sekunden aktiviert und die andere bei Erstbet tigung einen Verbindungsversuch mit dem Empf nger unternimmt Empf ngt die Uhr Daten vom Recorder so k nnen ber diese Taste die statisch angeordneten 4 Men s durchgeschaltet werden Ist dies nicht der Fall kann lediglich die Uhrzeit abgelesen werden Der Empf nger selbst besitzt eine Taste sowie 3 LED Leuchten und die M glichkeit akustische Signale auszusenden ber diesen einen Bedienknopf wird die Aufzeichnung gesteuert wobei der erste Tastendruck das Ger t einschaltet der zweite startet die Aufnahme und ein dritter setzt entweder eine Wegmarke kurz oder stoppt die Speicherung von Messdaten und schaltet den Recorder aus Eine Initialisierung und damit Herstellung einer ersten Positionierung noch ohne Speicherung findet durchschnittlich nach 49 Sekunden statt Durch Speicherung der letzten Position verringert sich die Zeit wenn
261. rmband wiegt der HAC5 etwa 51 g mit ca 78 g Die Bedienung erfolgt mit 6 Drucktasten die um das 5 zeilige runde Display mit einem Durchmesser von 3 2 cm verteilt angeordnet sind Im Optionsmen lassen sich zahlreiche Einstellungen vornehmen Es existieren 5 Benutzerprofile davon 2 Fahrradprofile welche nur die Anzeigen aktivieren welche bei der jeweiligen Sportart erw nscht werden Die Voreinstellungen lassen sich auch manuell ver ndern Die Anzeigegenauigkeit betr gt bez glich der Geschwindigkeit 0 1 km h und f r die zur ckgelegten Distanzen 0 01 km W hrend des Trainings k nnen bis zu 120 Stunden Daten aufgezeichnet werden Ist der Speicher voll so werden die ltesten wieder berschrieben Die Aufzeichnung erfolgt je nach Einstellung in 2 5 10 oder 20 Sekunden Intervallen Registriert werden dabei Zeit Strecke H he Geschwindigkeit Puls Temperatur Steigung und Trittfrequenz ber ein 1 64 m langes USB Kabel lassen sich die Ergebnisse von der Uhr auf den PC bertragen und dort mit Hilfe der beiliegenden Software CicloTour Bild und CicloTrainer auswerten und 080007 crp CicloTour Radar Tei dat SZ Deet festeten Dr chros gt Distenbank Deg ar Angerg Tools S jan 9 ssjnsjaprT nennen e e 2 analysieren W hrend CicloTour Tour 85 Ausschnitt 2 00 Am Fahrer PAERD Kata game 2 Sterne tech Distanz CL viele M glichkeiten zur Analyse nd von absolvierten Touren BO SrK BrOX erm glich
262. rt auf dem Display der HACS erscheinen Die Strecken werden anhand der mit dem RDS ermittelten Geschwindigkeiten errechnet Diese bilden dementsprechend die Grundlage f r eine genaue Distanzmessung Treten w hrend des Laufs Aussetzer auf oder werden falsche Geschwindigkeiten registriert so wirken sich diese Fehler unmittelbar auf die Distanzen aus Eine l ckenlose und genaue Geschwindigkeitserfassung ist folglich die Voraussetzung f r eine pr zise Streckenmessung In Abbildung 258 ist ein Geschwindigkeitsverlauf von Teststrecke 1 0 dargestellt Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Abbildung 258 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf 202 4 Beschreibung der Ger te Nach dem Start bewegt sich die Geschwindigkeit in einem Bereich von etwa 9 11 km h W hrend aller Testdurchf hrungen wurde auf eine m glichst konstante Geschwindigkeit geachtet Geht man davon aus dass ein Tempo auf ca 1 km h gleichbleibend gehalten werden kann dies entspricht 0 28 m s und somit einer Variation der Schrittl nge von ungef hr 30 cm pro Sekunde gr ere Abweichungen sollten vom L ufer registriert und korrigiert werden k nnen so befindet sich der Geschwindigkeitsverlauf im Rahmen der Genauigkeit des gleichm igen Laufens Auff llig ist die recht regelm ige Abfolge von Geschwindigkeitsminima und Maxima Es ist unwahrscheinlich dass die Geschwind
263. rt mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu dass die Schrittl nge weniger exakt ermittelt werden kann da nur eine Beschleunigungsrichtung erfassbar ist Leider konnte diese These nicht in der Praxis untersucht werden da Ger t f r einen Test nicht zur Verf gung stand 36 2 Technische Grundlagen 2 5 Barometrische H henmessung 2 5 1 Einleitung Die barometrische H henmessung beruht auf der funktionalen Beziehung zwischen H he und Luftdruck ndert sich der Druck um 1 hPa so kann eine H hen nderung von 10 m angenommen werden Dieses Verfahren zur H henbestimmung ist jedoch ungenauer als beispielsweise das klassische Nivellement da hier nur Genauigkeiten im Dezimeterbereich erreicht werden k nnen Hierzu ist allerdings eine sehr pr zise Erfassung des Luftdrucks auf 1 100 hPa notwendig Die genutzten Messger te nennt man Altimeter Es handelt sich dabei um Barometer die statt des Luftdrucks die H he anzeigen Sie kommen h ufig beim Wandern Bergsteigen oder auch bei Sportuhren zum Einsatz 2 5 2 Physikalische Grundlagen Der Luftdruck ist physikalisch wie folgt definiert Formel 2 8 Luftdruck Man unterscheidet zwischen Absolutdruck bezogen auf absolut Null und Differenzdruck der den Druckunterschied zu einem Referenzdruck beschreibt Beide Messwerte werden heute in Pa bzw hPa angegeben wobei gilt 1 Pa 1 N m Die Angaben k nnen auch in bar bzw mbar gemacht werden Hier lautet die Beziehung zu Pa wie folgt 1
264. rte oder aus diesen berechnete Werte anzeigen kann Die Ger tefirmware bietet mehrere Men s die folgende Informationen enthalten Nach dem Einschalten des Forerunners erscheint direkt auf den Startbildschirm folgend ein Ladebalken der den Stand der Initialisierung visualisiert Nach einer durchschnittlichen Initialisierungszeit von 46 Sekunden sind die Mehrdeutigkeiten gel st Garmin legt eine Grenze bei maximal 44 Sekunden Kaltstart fest die w hrend der Tests an verschiedenen Standorten jedoch einige Male berschritten wurde Daraufhin wechselt die Anzeige direkt in das Hauptmen wo eine Anzahl von 1 bis 4 verschiedenen Messgr en und berechneten Werten z B verschiedene Durchschnittswerte pro Seite insgesamt drei Datenseiten dargestellt werden kann F r die angezeigten Werte besteht eine Aktualisierungsrate von 1 Sekunde Eine weitere m gliche Ansicht ist die Betrachtung der zur ckgelegten Strecke in verschiedenen Ma st ben Zuletzt k nnen im Optionsmen noch diverse Einstellungen vorgenommen werden Dazu geh ren die Verwaltung der aufgezeichneten Protokolle verschiedene Trainingseinstellungen AutoPause Alarme Virtual Partner usw Navigationsoptionen Speichern und Aufsuchen von Wegpunkten Verwaltung von Routen und Ansicht eines Satelliten Skyplots und allgemeine Einstellungen f r das jeweils gew hlte Sportartenprofil Anzeigeeinstellungen Eingabe des Nutzerprofils Auswahl der Einheiten Zeiteinstellungen usw H
265. rvall im besten Falle alle 5 s aufgezeichnet Der Filter ist somit zun chst nur zeitlich bedingt Auf Teststrecke 10 0 wird sich durch den Test pl tzliches Anhalten sp ter zeigen in wie weit die Daten z B mit Hilfe einer Pr diktion oder eines Kalman Filters vorausberechnet werden 7 800 1000 1200 Abbildung 339 Teststrecke 2 1 H henverlauf 250 4 Beschreibung der Ger te Der H henverlauf auf dieser Teststrecke wurde mit der barometrischen H henmessung im Rahmen der Messgenauigkeit wieder pr zise erkannt Kleine H henschwankungen von einem Meter welche auf Grund des H henaufl sungsverm gens der S625X die kleinste darstellbare Genauigkeit bilden sind typisch f r diesen Sportcomputer Haupteinflussparameter bei der barometrischen H henmessung sind nach Abschnitt 2 5 Temperatur und Luftdruck welche beide genau bestimmt werden m ssen um die korrekte Relativ H he ermitteln zu k nnen Geringe Temperaturschwankungen durch vorbeiziehende Luftmassen beim Laufen in Kombination mit der zus tzlichen Bewegung des Armes das Thermometer befindet sich in der Armbanduhr k nnen somit kleine H henanzeige nderungen hervorrufen welche eventuell zum Zeitpunkt der n chsten Messung anders ausfallen und die H he wieder korrigiert wird Damit lassen sich die mehrmals auftretenden H henschwankungen erkl ren Teststrecken 6 0 und 7 0 Wie bereits beschrieben scheint sich ein andere
266. s der Fall ist wie genau Distanz und Geschwindigkeitsmesser arbeiten Der Startpunkt befindet sich dabei in einer kleinen Schneise Parkplatz am n rdlichen Ende der Strecke Hier sind die Bedingungen zur Initialisierung noch am besten L nge 500 m Verlauf gerade 1 Richtungs nderung Steigung keine Untergrund mittel bis fest Waldweg Besonderheiten konstant stark eingeschr nkte bis gar keine Sicht Funktionsprinzipien GPS 52 K nstlich angelegter H gel in stlicher Richtung 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Google Quelle Google Earth Mit Hilfe dieser Strecke sollen die angezeigten bzw aufgezeichneten H hen der Ger te auf ihre Genauigkeit untersucht werden Dabei werden sowohl absolute als auch relative H hen H henunterschiede betrachtet Es handelt sich um einen k nstlich angelegten H gel der zu den Gr nanlagen der EXPO 2000 geh rt Der Vorteil hierbei liegt vor allen Dingen in der gleichm igen Steigung auf beiden Seiten des H gels F r die Tests fand eine Aufnahme bzw Einmessung von signifikanten Punkten in Lage und H he statt die daraufhin abgelaufen wurden Die 195 m lange Strecke besitzt auf beiden Seiten eine Steigung von 13 m ca 17 Anstieg bzw Gef lle Zus tzlich zu den reinen H hen unterschieden kann hier auch die Distanz auf ihre Genauigkeit berpr ft werden L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 194
267. s die Gl ttung und andererseits die Unsicherheiten der Koordinatenbestimmung vor und nach dem Spurwechsel verantwortlich In Abbildung 221 bei einer langgezogenen stark abgerundeten Kurve kommt es zu einem geringen Drift der aber auch durch die leicht eingeschr nkte Sicht durch die angrenzenden B ume verursacht worden sein k nnte Abbildung 222 zeigt eine 180 Wende in einem Punkt Das schnelle Umkehren der Richtung wird sofort erkannt so dass der aufgezeichnete Track bis auf wenige Zentimeter mit der Sollstrecke bereinstimmt Im gesamten Streckenverlauf kommt es im Durchschnitt zu Abweichungen von 1 2 m Dabei zeichnet der Forerunner 305 unter gleichen Bedingungen fast identische Tracks auf die sich nur an wenigen Stellen voneinander unterscheiden image 52007 AeroWest JPA TOE Technologies I gd bertragung III HI 100 Abbildung 222 Schnelle 180 Wende in einem Punkt 182 4 Beschreibung der Ger te Auskunft ber die Genauigkeit des Geschwindigkeits und Distanzmessers Garmin Forerunner 305 sollten aber vor allen Dingen die angezeigten Strecken geben Abbildung 223 Der Mittelwert betr gt 1077 50 m 1081 78 m Solldistanz und die Standardabweichung liegt bei 4 33 m was zu einer Streckengenauigkeit gt 98 9 f hrt Auch hier kommt es wieder zu Abweichungen zwischen angezeigter und aufgezeichneter Distanz siehe Abbildung 224 wobei die angezeigten Strecken eine h here Genauigkeit aufweisen 0 200 40
268. sberechnungen in meist hoher Gr enordnung bevor die Geschwindigkeit dann auf O km h gesetzt wird Abbildung 73 zeigt jedoch nach Signalabbruch eine konstante Geschwindigkeit ber die komplette Zeit Die beispielhaften H henverl ufe in Abbildung 74 und Abbildung 75 weisen kaum noch Schwankungen auf nachdem es zur kompletten Abschattung kommt W hrend man in Abbildung 74 noch von einer ebenso pr dizierten H henkomponente ausgehen k nnte scheint es offensichtlich zu sein dass der barometrische H henmesser in Abbildung 75 die Messung der H he bernimmt 97 4 1 Garmin Edge 305 Abbildung 68 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink Abbildung 69 Teststrecke 9 1 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb aufgezeichneter Track gelb E Anhalten E Anhalten Wi nach 30 Sekunden E nach 30 Sekunden Abbildung 70 Teststrecke 9 0 Angezeigte Abbildung 71 Teststrecke 9 1 Angezeigte Strecken Strecken Geschwindigkeit km h Geschwindigkeit km h 20 30 40 50 60 70 80 Zeit s Zeit s Abbildung 72 Teststrecke 9 1 Abbildung 73 Teststrecke 9 1 Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch Geschwindigkeitsverlauf Signalabbruch 98 4 Beschreibung der Ger te Zeit s Abbildung 74 Teststrecke 9 0 H henverlauf Abbildung 75 Teststrecke 9 1 H henverlauf Signalabbruch Signalabbruch 99 4 1 Garmin E
269. schwindigkeit also dem zeitlichen Abstand der induzierten Spannungsimpulse und dem Radumfang die zur ckgelegte Strecke ermittelt werden kann Die zur ckgelegte Wegstrecke s ergibt sich falls kein Schlupf vorhanden ist nach der einfachen Formel s 2n R n U n Formel 2 1 wobei R dem Radius U dem Umfang und n der Anzahl der Umdrehungen bzw Impulse entsprechen Unter Ber cksichtigung der Zeit lassen sich daraus verschiedene Parameter wie Momentangeschwindigkeit Durchschnittsgeschwindigkeit Maximalgeschwindigkeit oder auch die reine Fahrzeit ableiten und auf dem Display ausgeben Zu Trittfrequenz und Leistungsmessungen werden hnlich wie bei der Wesgstreckenermittlung Impulse des Sensors ber eine gewisse Zeit bzw Strecke registriert Ein bedeutender Vorteil eines Fahrradcomputers gegen ber den vorherigen mechanischen Kilometerz hlern bzw Zyklometern ist die M glichkeit dass nun die Radgr e per Tastendruck eingestellt werden kann Damit werden die Ger te unabh ngig von einer fest vorgegebenen Radgr e und sind somit zu jedem Fahrrad kompatibel Ab den 1990er Jahren wurde der urspr ngliche Fahrradcomputer dann immer mehr spezialisiert und somit den verschiedenen Anspr chen der Nutzer angepasst So kamen vor allem f r Radsportler sehr viele weitere Funktionen hinzu die das Training effizienter und attraktiver gestalten k nnen Verschiedene Sensoren an der Tretkurbel oder der Hinterradachse k nnen beispielsweise die
270. sem Fall maximal 2 m wobei einiges daf r spricht dass die gemessenen bzw berechneten Werte einfach nur leicht zeitverz gert an das Display weitergeleitet oder nicht schnell genug berechnet werden k nnen MET OCJ y AeroWest OPE 2007 D 2007 EuropalTechnologies Google Zeiger 32 U 557316 53 m O 579676718 mN H he 82 m bertragung UI 100 Sichth he 348 m Abbildung 195 Teststrecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die aufgezeichneten Tracks haben nur sehr geringe Querabweichungen zu der pr zise eingemessenen Sollstrecke wie hier in Abbildung 195 zu sehen ist O HAeroWest chnologies Google Zeiger 32 U 55731722 m 579674983 mN H he 82m bertragung IHI 100 Sichth he 295 m Abbildung 196 Teststrecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track blau 168 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 196 zeigt jedoch nicht nur die maximale Querabweichungen aller L ufe von 7 07 m sondern auch eine konstante parallele Verschiebung des gesamten aufgezeichneten Tracks in stliche Richtung Anzumerken ist dass derartige Verschiebungen nur bei L ufen in s dliche Richtung auftreten Bei einer S d Nord Bewegungsrichtung kommt es nur zu sehr geringen Querabweichungen bis maximal 3 13 m siehe Abbildung 195 wobei selbst das eher den Ausnahmefall darstellt Die Ursache ist schwer zu benennen da die Antenne des Forerunners durch die nat rliche Haltung und Bewegung des Arms normalerwe
271. sind vor allen Dingen die mangelhaften Ergebnisse die aus den aufgezeichneten Werten resultieren f r eine Gesamtgenauigkeit verantwortlich die nur noch als befriedigend bezeichnet werden kann Gleiches gilt f r den FRWD W600 deren angezeigte Entfernungen sogar sehr gut sind Bei der als ausreichend einzustufenden Ciclosport HAC 5 ist dies hingegen nicht der Fall Die Casio GPR 100 ist hier das einzige Ger t das mangelhafte Ergebnisse vorzeigt Teststrecke 9 0 Signalunterbrechung Teststrecke 9 0 Platz Genauigkeit Bei einer vorr bergehenden Signalunterbrechung kann der Garmin Forerunner 305 die besten Ergebnisse erzielen Im Vergleich zum Garmin Edge 305 sorgt der eingesetzte Gl ttungsfilter hier st rker f r eine Kompensation der Querabweichungen Trotzdem sind die erreichten Genauigkeiten als befriedigend zu bezeichnen Das gleiche gilt hierbei f r die Casio GPR 100 Durch die Unterbrechung der Messung bei fehlenden GPS Signalen k nnen sich m gliche Querabweichungen gar nicht erst auf die Genauigkeit auswirken Durch Gl ttung werden besagte Abweichungen beim FRWD W600 noch etwas einged mmt sorgen aber trotzdem daf r dass die erzielten Ergebnisse nur ausreichend sind 278 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 9 1 Signalunterbrechung Teststrecke 9 1 Platz Ger t Genauigkeit Bei einer Signalunterbrechung ber einen etwas l ngeren Zeitraum zeigt sich die identische Reihenfolge Allerdings k nnen v
272. solute H he zu Beginn der L ufe jeweils auf demselben Niveau 137 4 2 FRWD W600 Teststrecke 9 0 9 1 Signalunterbrechung abbruch Auf den Teststrecken 9 0 und 9 1 sollte die Genauigkeit bei Signalabbruch bzw Signalunterbrechung untersucht werden Daf r wurden zwei verschiedene Br cken gew hlt die f r den gew nschten Effekt sorgen sollten siehe Teststrecken Die Tests wurden in zwei Arten unterteilt Der Br cken bzw Tunneldurchlauf zur Simulation einer vorr bergehenden Signalunterbrechung und das Anhalten unter der jeweiligen Br ckenmitte Bei Letzterem ging es darum das weitere Verhalten der Ger te innerhalb von 30 Sekunden nach Signalabbruch zu analysieren er Image 2007 AeroWesil Fe 6r2007Europa Technologies af P 86 m bertragung lii H 100 Abbildung 148 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb In Abbildung 148 wird einer der Tunneldurchl ufe dargestellt Durch die kurzzeitige Signalunterbrechung werden gr ere Abweichungen von der Sollstrecke pink erzeugt was sich auch in den gemessenen Geschwindigkeiten wiederspiegelt siehe Abbildung 149 Durch die starke Gl ttung des Streckenverlaufs kann nur erahnt werden welche Koordinaten w hrend des Signalabbruchs berechnet wurden Die maximale Querabweichung liegt bei 25 47 m Das H henprofil in Abbildung 150 zeigt einen H henunterschied von 3 40 m tats chlicher H henunterschied 3 85 m Die jeweiligen Anfangsh
273. solute Positionierung wobei die relativen Messungen wieder mit dem Sollwert bereinstimmen Bei der Durchf hrung der Test wurde auf eine m glichst gleichm ige Geschwindigkeit geachtet In Abbildung 29 zeigt sich so ein typischer Geschwindigkeitsverlauf ber die Strecke Hierbei kommt es lediglich zu Geschwindigkeitsvariationen bis 1 km h Betrachtet man die mittlere Sollgeschwindigkeit und die mittlere Ist Geschwindigkeit so erkennt man dass diese fast identisch sind Die Differenz betr gt nur 0 03 km h wobei sich die Sollgeschwindigkeit auf die Sollstrecke dividiert durch die tats chlich verstrichene Zeit bezieht Insgesamt kann man also eine sehr gleichm ige Geschwindigkeit ber die gesamte Strecke beobachten Bei den Abweichungen ist es nun allerdings schwer eine Ursache zu benennen da der Edge 305 im Gegensatz zur Anzeige in Echtzeit eine Nachkommastelle bis auf wenige Ausnahmen nur ganzzahlige Geschwindigkeiten aufzeichnet Es existieren also drei Fehlerquellen Eine unregelm ige Laufgeschwindigkeit Rundungsfehler oder Messfehler des Edge Geschwindigkeit Istgeschwindigkeit Sollgeschwindigkeit emm Ba m E RT Li U ef D I CH E 3 D cn Q Fa u UI Abbildung 29 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf Der H henverlauf weist hier erheblich gr ere Schwankungen auf siehe Abbildung 30 Der H henunterschied vom Start bis zum Endpunkt bel uf
274. sorgt ihn mit der n tigen Energie 4 5 2 Bedienung Die Bedienung des HAC5 ist auf Grund der vielen Funktionen und Einstellungsm glichkeiten ohne Handbuch recht kompliziert Es empfiehlt sich in diesem Fall besonders dieses tats chlich auch erst durchzuarbeiten Von den insgesamt 38 Seiten werden auf 28 Seiten verschiedene Tastenkombinationen dargestellt und kurz erl utert 6 Druckkn pfe bilden die Grundlage der Steuerung Diese haben allerdings je nach Zeitdauer des Drucks unterschiedliche Bedeutungen Eine Aufzeichnung beispielsweise l sst sich nur starten wenn die beiden linken Kn pfe gleichzeitig f r mindestens drei Sekunden gehalten werden F r eine wichtige Funktion wie das Aufnehmen ist das im Vergleich zu anderen Ger ten sehr umst ndlich Zudem kam es im Test bei bestimmten Tasten vermutlich zu Be SC Got SC K Kontaktproblemen was dazu f hrte dass Tastendr cke MSA immer wieder ohne erkennbare Reaktion der Uhr verblieben Beim Starten einer Aufnahme wird automatisch nach aktivierten Sensoren RDS Fahrradsensoren oder Brustgurt gesucht Diese k nnen ebenfalls im Optionsmen manuell aktiviert werden Die Montage der Fahrradsensoren l sst sich mit den beiliegenden Hilfsmitteln leicht durchf hren wobei auf einen maximalen Abstand von 3 mm zwischen Sensor und Magnet geachtet werden muss Bei Verwendung des RDS f llt ein hoher Energieverbrauch auf Den Herstellerangaben zufolge betr gt die Laufzeit mit einer Batteri
275. ssen siehe CW Radar Bei den meisten Anwendungen befinden sich Sender und Empf nger in einem Ger t es handelt sich dann um ein monostatisches Ger t Ist das der Fall so stellt ein ger teinternes Bauelement der Duplexer zwischen Senden und Empfangen um Nach jedem ausgesandten Impuls befindet sich dann das Ger t f r eine gewisse Zeit im Empfangsmodus bevor es wieder zum Sender wird Die Dauer des Empfangsmodus bestimmt die Reichweite des Radarger tes denn nur w hrend dieser Zeit kann das Echo eindeutig empfangen werden Wird ein Echo von einem weit entfernten Ziel erst in der n chsten Empfangsepoche registriert so entstehen Mehrdeutigkeiten und die genaue Entfernungsbestimmung wird erschwert Wolff 2007 26 2 Technische Grundlagen Prinzipiell berechnet sich die Entfernung zum reflektierenden Objekt ber folgende Formel ct mit R Entfernung R Z j 6 c Lichtgeschwindigkeit 300 000 km s Formel t Impulslaufzeit Durch Drehung der Antenne eines Pulsradars ergibt sich ein Rundsichtradar was besonders zur Richtungsbestimmung geeignet ist Die Impulse werden in bestimmte Richtungen ausgesandt Die Orientierung der Antenne zum Empfangszeitpunkt des Echos beschreibt somit die Richtung zum erfassten Objekt CW Radar Neben den Pulsradaren gibt es auch Ger te die ununterbrochen Mikrowellen konstanter Frequenz aussenden Sie werden als Dauerstrich oder CW Radar bezeichnet wobei CW f r continuous w
276. strecke 2 0 Geschwindigkeitsverlauf In Abbildung 202 ist ein beispielhafter Geschwindigkeitsverlauf der Teststrecke 2 0 dargestellt Die Mittel aus Soll und Istwerten unterscheiden sich um 0 43 km h Die Abschattungen die durch Geb ude erzeugt werden lassen die Geschwindigkeit stark schwanken was unmittelbar mit der Positionierung und so mit der Distanz zusammenh ngt Werden eine oder mehrere fehlerhafte Positionen bestimmt wie es in Abbildung 203 unter anderem durch den Fu g nger berweg geschieht und kommt es anschlie end zu einer stark abweichenden Positionierung zum Beispiel durch verbesserte Empfangsbedingungen wird so laut Rechnung ein weiterer Weg in k rzerer Zeit zur ckgelegt Umgekehrt ist es auch m glich dass Werte pr diziert werden die zu hoch angesetzt sind Wird diese schlechte Vorausberechnung erkannt und die tats chlich zur ckgelegte Distanz ist k rzer als erwartet kommt es zu einer starken Verringerung der Geschwindigkeitswerte Abbildung 202 weist mehrere Maxima auf Nach etwa 170 m kommt es zur ersten gr eren Schwankung durch die Fu g ngerbr cke Beim darauffolgenden Maximum handelt es sich um eine weitere stark abweichende Positionierung Abbildung 204 die man dem Geschwindigkeitsverlauf etwa bei 500 m entnehmen kann Zum Ende der Aufzeichnung kommt es wie gesagt zu gr eren Schwankungen im n rdlichen Teil der Strecke Abbildung 203 Fu g nger berweg Abbildung 204 westlicher Teil der Strecke
277. strecken 9 0 und 9 1 sollte die Genauigkeit bei Signalabbruch bzw Signalunterbrechung untersucht werden Daf r wurden zwei verschiedene Br cken gew hlt die f r den gew nschten Effekt sorgen sollten siehe Teststrecken Die Tests werden in zwei Arten unterteilt Der Br cken bzw Tunneldurchlauf zur Simulation einer kurzzeitigen Signalunterbrechung und das Anhalten unter der jeweiligen Br ckenmitte um einen Signalabbruch zu erzeugen Bei letzterem ging es darum das weitere Verhalten der Ger te innerhalb von 30 Sekunden nach diesem Signalabbruch zu analysieren e a 2 s A gt k 2 A d 2007 e l i d ds m ZATA TOE Technologies oogle N VG T d Ki u 4 Imagel 20077AeroWest ke A 1 AN MN d t a tE d 2 Zeiger 3231U 555862 97 ml0E5797147 21mN H he 87m Ubertragung li 510036 Sichth he 269 m Abbildung 60 Teststrecke 9 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb In Abbildung 60 wird einer der Tunneldurchl ufe dargestellt Durch die vor bergehende Signalunterbrechung kommt es zwischenzeitlich zu gr eren Abweichungen von der Sollstrecke pink Nachdem die Br cke passiert ist kommt es auf den darauffolgenden 20 m weiterhin zu Unsicherheiten was sich auch im Geschwindigkeitsverlauf in Abbildung 61 bemerkbar macht Schon bei schw cher werdendem Empfang kommt es zu gr eren Schwankungen bis 4 km h Wenn das Signal dann komplett unterbrochen ist wird die Geschwindigkeit als stark
278. t dass die Distanzen auch ber l ngere Strecken recht zuverl ssig ermittelt werden Zudem scheint sich der etwas weichere Untergrund positiv auf die Genauigkeit auszuwirken Vermutlich wurde das mathematische Modell zur Rekonstruktion der Schrittl nge anhand der Fu beschleunigungen auf der Grundlage vieler verschiedener Testpersonen bei unterschiedlichen Untergrundtypen erstellt Der mittelharte Schotter dieser Teststrecke scheint gut dem Untergrund zu entsprechen f r das der S1 Sensor haupts chlich ausgelegt ist 248 4 Beschreibung der Ger te Der Vergleich zwischen den angezeigten Distanzen der S625X und denen aus den Dateien f hrt zu folgenden Ergebnissen E Datei u Feldbuch D 800 1000 1200 Abbildung 337 Teststrecke 2 1 Vergleich angezeigte und aufgezeichnete Strecken Feldbuch m 990 990 970 990 Datei m 1005 995 980 992 Auch dieses Mal gibt es wieder Abweichungen zwischen den abgelesenen und abgespeicherten Werten allerdings sind die in der Datei gespeicherten Distanzen bei allen Messungen etwas gr er als die angezeigten Strecken Diese Situation legt die Vermutung nahe dass die Anzeige etwas zeitlich verz gert ist In Bezug auf das Rundungsverhalten l sst sich anhand dieser Werte erneut keine Aussage treffen Sollte die Anzeige tats chlich verz gert erscheinen k nnten sich eventuell die gerundeten angezeigten Werte auf zeitlich gesehen fr here Werte aus der Datei beziehe
279. t dient das Programm CicloTrainer der Trainingsauswertung Die Software bietet zus tzlich einige Werkzeuge wie beispielsweise einen BMI Berechner einen Herzzonenkalkulator und Bergsteigungskalkulator 198 4 Beschreibung der Ger te Um den HACS auch bei anderen Spotarten einsetzen zu k nnen l sst sich optional der radarbasierte eigenst ndig nutzbare Sensor RDS Il erwerben Mit ihm lassen sich bei vielen Sportarten z B Laufen Inlineskaten oder Skifahren Geschwindigkeiten und zur ckgelegte Distanzen ermitteln und anzeigen Das 53 6 x 57 2 x 39 8 mm gro e und 67 gschwere Ger t wird mit einer Tragetasche mit G rtelschnalle und einem insgesamt 97 seitigen Handbuch ausgeliefert von denen 15 Seiten Deutsch sind Das Messprinzip ist im Abschnitt 2 3 4 dargestellt Anhand des Dopplereffekts wird mit Radarstrahlung die Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und reflektierendem Boden ermittelt Unter Ber cksichtigung der Geschwindigkeit ber eine gewisse Zeit errechnet sich die zur ckgelegte Distanz Der Sensor bertr gt seine Daten ebenfalls ber Funk an den HACS besitzt aber auch ein eigenes kleines Display auf dem 17 Funktionen angezeigt werden k nnen Zus tzlich l sst sich der RDS auf einen von vier Geschwindigkeitsbereichen anwendbar von 1 99 km h einstellen Die Darstellungsgenauigkeit betr gt 0 1 km h bei der Geschwindigkeitsanzeige und 0 01 km f r die Strecken Eine AAA Batterie ver
280. t seine Daten ber Funk an die Armbanduhr an welcher die Informationen ausgewertet angezeigt und gespeichert werden k nnen 4 6 2 Bedienung F r den ersten Gebrauch der S625X ist die Bedienungsanleitung unerl sslich Das 128 Seiten umfassende komplett auf Deutsch geschriebene Handbuch ist sehr umfangreich und beschreibt anschaulich anhand vieler Bilder den Umgang mit der Sportuhr Es ist sowohl f r das Laufset S625X als auch f r die Fahrradvariante S725X mit der funktionsgleichen Sportuhr ausgelegt Die verschiedenen Pakete unterscheiden sich nur in unterschiedlichen Zubeh rausstattungen Die Anleitung ist generell f r beide Varianten g ltig Angaben welche sich auf nur eine spezielle Funktion des Sportcomputers beziehen sind in der Anleitung farblich markiert und somit gut auseinander zu halten bei der Lauf Funktion blaue Schrift beim Fahrrad hingegen schwarze Schrift mit grauer Hinterlegung F r den ersten Einsatz m ssen ca 60 Seiten gelesen werden um die Grundfunktionen des Ger ts nutzen zu k nnen Speziell die Men f hrung erscheint anfangs etwas kompliziert Ist das Prinzip der Bedienung erst einmal verstanden lassen sich die gew nschte Optionen schnell und einfach vornehmen Im Abschnitt Erste Schritte am Anfang wird gezeigt wie Brustgurt und Laufsensor bzw die Fahrradsensoren angebracht werden m ssen um ordnungsgem zu arbeiten Der Laufsensor besitzt an seiner Unterseite eine l sbare Haltevorrichtung
281. t sich auf Teststrecke 1 0 auf 1 17 m Diese Steigung l sst sich dem Graphen auch grunds tzlich entnehmen Die H he variiert jedoch sehr stark teilweise bis zu 4 m Dies spricht eher f r eine dauerhafte Bestimmung der H henkomponente per GPS Pl tzliche Luftdruck nderungen aus denen ein solcher Verlauf resultieren w rde sind hier nicht zu erwarten Dadurch ist ein Einsatz der barometrischen H henmessung in diesem Fall stark zu bezweifeln 79 4 1 Garmin Edge 305 Abbildung 30 Teststrecke 1 0 H henverlauf Teststrecke 2 0 eingeschr nkte Sicht durch Geb ude Anschlie end wurden die Ger te auf Teststrecke 2 0 unter eingeschr nkter Sicht durch Geb ude und somit unter verschlechterten Bedingungen getestet In Abbildung 31 sind die Ergebnisse der L ufe aufgelistet Es ergeben sich ein Mittelwert von 816 75 m und eine Standardabweichung von 2 68 m In diesem Fall wird nur noch eine Streckengenauigkeit von gt 98 8 erreicht Besonders auff llig ist dass die gemessenen Distanzen bei allen L ufen kleiner sind als die Sollstrecke w hrend die aufgezeichneten Strecken im Mittel 827 75 m erreichen und so im Endeffekt genauer sind gt 99 2 Verglichen mit der Referenz liegen hierbei angezeigte und aufgezeichnete Werte bereits bis zu 15 m auseinander siehe Abbildung 32 Eine m gliche Ursache daf r k nnte ein durch den verschlechterten Empfang hervorgerufener erh hter Rechen
282. t werden Durch das Dr cken der roten Starttaste wechselt das Ger t vom Standardmodus in den Aufzeichnungsmodus Nun kann zwischen verschiedenen Anzeigen umgestellt werden welche jeweils unterschiedliche Informationen ber den Trainingslauf darstellen Dazu geh ren Stoppuhr Rundenzeit Uhrzeit Puls aktuelle Geschwindigkeit zur ckgelegte Distanz H he berwundene H henmeter Temperatur Kalorienverbrauch aber auch minimale maximale sowie Durchschnittsgeschwindigkeit Die Anzeigegenauigkeit betr gt bei der Geschwindigkeit 1 10 km h also eine Nachkommastelle bzw 2 bei einer Pace Anzeige und bei der Entfernung 10 Meter 2 Nachkommastellen bei km Darstellung Abweichend von der Darstellungsgenauigkeit werden die Distanzwerte hingegen mit Meter Genauigkeit abgespeichert Die Daten werden in 5 15 oder 60 Sekunden Intervallen mit Gesamtaufzeichnungsdauern von 10 54 32 42 bzw 99 59 Stunden gespeichert und k nnen nach dem Lauf mittels Infrarot Schnittstelle auf den PC bertragen und dort ausgewertet werden Als besondere Funktion kann die Armbanduhr die Daten auch per Infrarot an einige Nokia Handys bertragen auf denen die Informationen gespeichert oder auch Trainingszusammenfassungen per SMS z B an den Trainer verschickt werden k nnen Anzumerken ist dass keine Koordinaten abgespeichert werden da der Beschleunigungssensor nur eine relative Messmethode darstellt und keinen Bezug zur absoluten Orientierung im Raum herstell
283. t wird Die Ciclosport HAC 5 zeigt unter Einsatz des RDS II gro e Schw chen auf diesem Gebiet Gerade dann wenn dem Nutzer Personen Autos oder hnliches in n chster N he entgegenkommen werden nur mangelhafte Genauigkeiten erzielt 21 6 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 6 0 weicher Untergrund Teststrecke 6 0 Platz Ger t Genauigkeit Bei weichen Untergr nden wie hier zum Beispiel Rasen haben sowohl der Beschleunigungssensor als auch der Radarmesser RDS Il des Ciclosport HAC 5 kleinere Probleme bei der Bestimmung des zur ckgelegten Wegs erzielen aber trotzdem befriedigende bzw ausreichende Ergebnisse wobei die Polar S625X den Testsieger in dieser Kategorie darstellt Teststrecke 7 0 mittlerer Untergrund Teststrecke 7 0 Platz Genauigkeit Bei Untergr nden mit einer mittleren Festigkeit wie Schotter kann die Polar 5625X besonders punkten Die sehr guten Ergebnisse die hier erzielt werden fallen bereits bei Teststrecke 2 1 auf Dies hat den Vorteil dass vor allem im Freizeitbereich die gr te Anzahl an Laufstrecken einen derartigen Untergrund aufweist Die erzielten Genauigkeiten der Ciclosport HAC 5 mit RDS II sind hier nur als mangelhaft einzustufen 271 4 Ger tevergleich Teststrecke 8 0 kurviger Streckenverlauf Teststrecke 8 0 Platz Ger t Genauigkeit Kurvenreiche Strecken erzeugen keine Schwierigkeiten bei Garmin Forerunner 305 und Polar S625X Beim Garmin Edge 305
284. tandardabweichung und keiner Messung ber 150 m sind die Strecken auf der Solldistanz von 159 m bei normalem Gehen ebenfalls verk rzt dargestellt Abbildung 295 Die Streckengenauigkeiten betragen f r die 150 Meter Messungen 94 1 und f r die restlichen Strecken 87 8 Wegen der Anzeigegenauigkeit f llt die Genauigkeit bei kurzen Strecken schnell ab E HAC E RDS kd Datei Abbildung 296 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Vergleich Gehen Die drei Ausgabevarianten weisen erneut das bekannte Verhalten auf Insgesamt kommt es zu guten bereinstimmungen zwischen HAC RDS und den aufgezeichneten Streckenl ngen Die Abweichungen betragen maximal 20 m zwischen RDS und der Datei 221 4 5 Ciclosport HAC5 weiterhin treten nur 10 m gro e Unterschiede auf Die Messungen beschreiben im Wesentlichen mit einer L nge von 150 m eine geringf gig zu kleine Distanz Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit pn M ron mn ul U x D I Ke E 3 Be Q Vi OI UI 60 Zeit s Abbildung 297 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitskurve im zeitlichen Verlauf Beim Gehen befindet sich der Sensor in einer sehr konstanten H he ber dem Boden es treten nur geringe Ersch tterungen auf Folglich sollte eine Geschwindigkeits und Entfernungsmessung sehr genau m glich sein Die Geschwindigkeitskurve eines Laufs in Abbildung 297 zeigt kein auff lliges Verhalten Wegen der verh ltnism ig schl
285. tebeschreibung Die Polar Sportuhr ist baugleich als S725X als Fahrradcomputer oder als S625X als Laufsportuhr in zwei Ausstattungssets erh ltlich In diesem Test wird ausschlie lich die S625X untersucht Neben der Sportuhr und einer 128 seitigen Bedienungsanleitung geh ren sowohl Brustgurt f r die Pulsmessung der Beschleunigungssensor S1 in Form eines Foot Pods als auch eine Software CD zum Lieferumfang Die S625X dient als Empf nger und wird als Armbanduhr getragen Das Armband besteht aus Polyurethan und die Uhr selbst ist aus Polykarbonat und Glasfieber Durch Verwendung dieser Materialien ist der Sportcomputer bis 30 m wasserbest ndig und kann somit auch beim Schwimmen getragen werden wenn unter Wasser die Kn pfe nicht bet tigt werden Neben einem Thermometer ist auch ein Barometer direkt als zus tzlich Sensor in der Uhr integriert um H heninformationen nach dem Prinzip der 241 4 6 Polar S625X barometrischen H henmessung zu erm glichen Ihre Energie bezieht sie aus einer eingebauten Batterie die bei einer Benutzung von t glich 2 Stunden laut Herstellerangaben eine Lebensdauer von ca 2 Jahren aufweist Die 58 g schwere Uhr besitzt ein etwa 2 5 x 2 5 cm gro es Monochrom Display auf dem standardm ig die Uhrzeit sowie der aktuell ausgew hlte Benutzer angezeigt werden und l sst sich anhand von 5 Kn pfen vollst ndig bedienen ber 4 Hauptmen s File Options Tests Connect k nnen die Grundfunktionen der S625X bet tig
286. tellen berhaupt zu erw hnenswerten Abweichungen der aufgezeichneten Streckenpunkte zu der vorher pr zise eingemessenen Sollstrecke maximale Querabweichung 5 11 m Um Aussagen ber eingesetzte Berechnungsverfahren und Filter treffen zu k nnen wurden daf r spezielle Szenarien angelegt In Abbildung 50 kommt es w hrend des Laufs zur 90 Drehung in einem Punkt Der Verlauf der Kurve wird hier leicht gegl ttet es kommt jedoch weder zu einem sogenannten Drift noch werden die Kurve charakterisierende Punkte abgeschnitten In Abbildung 51 kann man den gleichen Effekt beobachten In diesem Fall handelt es sich jedoch um eine leicht abgerundete Kurve die ber 2 Punkte definiert ist Im Anschluss an diese Richtungs nderung sieht man die maximale Querabweichung wobei an dieser Stelle auch die vermeintlich gr ten Abschattungen in s dliche Richtung vorliegen Abbildung 50 90 Drehungen in einem Punkt Abbildung 51 Abgerundete Kurve 2 Punkte 90 4 Beschreibung der Ger te Google 2 am A Google Abbildung 52 Pl tzlicher Spurwechsel Abbildung 53 Stark abgerundete Kurve Auch bei einem pl tzlichen Spurwechsel wie in Abbildung 52 zeichnet der Edge 305 sehr pr zise Koordinaten auf Es kommt dabei zu minimalen Differenzen zur Sollstrecke lt 70 cm Bei einer langgezogenen stark abgerundeten Kurve siehe Abbildung 53 kommt es zu einer leichten Drift dessen Ursache aber auch die geringf gig eingeschr nkte Si
287. ten der Streckenmessgenauigkeit bei den beiden Laufstilen l sst sich anhand der Geschwindigkeitskurven in zeitlicher Abh ngigkeit schildern Abbildung 302 kann entnommen werden dass w hrend der Testdurchf hrung bis auf eine Ausnahme keine Bewegung wahrgenommen werden kann Bei 32 s tritt jedoch mit 18 km h ein deutlich zu hoher Wert auf Das Verhalten wird durch den Bewegungsablauf bei Schritten gro er Weite hervorgerufen Die Radarwellen werden durch die Knie des L ufers beim Vorw rtsschritt gest rt Daher empf ngt das RDS sehr ungleichm ige mit Cluttersignalen versetzte Echos verschiedener L ngeninformationen Laufzeiten Die Geschwindigkeit l sst sich folglich nicht oder nur teilweise ermitteln Bei kleinen Schritten hingegen treten keine zus tzlichen St rsignale durch Wellenunterbrechungen ein Eine Geschwindigkeitsermittlung ist hier weitestgehend fehlerlos m glich wie Abbildung 303 entnommen werden kann 224 4 Beschreibung der Ger te Springen Der Test Springen soll die Auswirkungen einer ungleichm igen H he des RDS ber dem Boden mit starken Ersch tterungen aufzeigen W HAC E RDS u Datei Meter 0 50 100 150 200 Abbildung 304 Teststrecke 10 0 angezeigte Abbildung 305 Teststrecke 10 0 HAC RDS Datei Strecken Springen Vergleich Springen In den beiden Diagrammen ist zu sehen dass das Springen zu abweichenden Ergebnissen f hrt Die Sollstrecke von 159 m wird bei drei L
288. ten dieser beiden Sensoren von Bedeutung Die Benutzung aktueller Technik sollte die Messung von Temperaturen auf 0 2 und des Luftdrucks auf 0 5 mbar erlauben Dies entspricht einer Genauigkeit von lt 2 m bei relativen H hen 44 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests 3 3 Beschreibung der Teststrecken 45 3 3 Beschreibung der Teststrecken Diese Teststrecke dient als Referenzstrecke f r alle Ger te und Messungen Sie befindet sich stlich des EXPO Gel ndes direkt auf der Verbindungsstra e zwischen Hannover Laatzen und Hannover W lferode Durch den festen Untergrund werden vor allem in Bezug auf Reflexionseigenschaften Radar oder auch Laufstil Beschleunigungssensor die Referenzbedingungen f r diese Ger te erreicht Auch ein uneingeschr nkter Empfang von GPS Signalen ist hier m glich da es an keiner Stelle der Strecke zu Abschattungen kommt Der fast ebene Streckenverlauf nur 1 17 m H henunterschied ber die ganze L nge erm glicht eine sehr gleichm ige Geschwindigkeit und die berpr fung der H henvariationen ber die komplette L nge von 500m M gliche Unsicherheiten die vor allem durch Kurven zustande kommen werden aufgrund des geraden Verlaufs ausgeschlossen Zudem kann eine berpr fung der Querabweichung von dieser durchgef hrt werden Strecke 46 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Dadurch k nnen weitere Aussagen ber die Genauigkeit der Ger te mit GPS Funktion getrof
289. tiv bersichtlich gestaltet Dank des Inhaltsverzeichnisses zu Beginn des jeweiligen Sprachenteils findet man gesuchte Themen Begriffe recht schnell F r die Bedienung der Casio GPR 100 sollte man zumindest die Kurzanleitung gelesen haben da es sonst schon anfangs zu Schwierigkeiten kommen kann Einige nicht unwesentliche Tipps erf hrt man auch erst aus dem Handbuch Mit Hilfe dieser Grundinformationen l sst sich die Uhr aber dann leicht ber die 5 Steuertasten bedienen was nach kurzer Zeit sehr gut funktioniert Allerdings ben tigt die GPR 100 f r die Initialisierung STarr LaP oft mehr als zwei Minuten wobei diese bei einem schwachen Zustand der Batterie gar nicht mehr durchgef hrt werden kann Die Men f hrung ist relativ unkompliziert und jede Ansicht enth lt meist nur zwei verschieden Messdaten In Abbildung 179 Abbildung 179 Anzeige der GPR 100 werden Datum und Uhrzeit im Hauptmen angezeigt 154 4 Beschreibung der Ger te Ansonsten bietet die GPR 100 sehr wenige Einstellungsm glichkeiten Die Lithium Ionen Akkuzelle versorgt das Ger t nur ber einen kurzen Zeitraum von maximal 2 Stunden mit Strom und bedarf gleichzeitig einer Ladedauer von ca 3 Stunden Zum Laden wird die Uhr in das mitgelieferte Ladeger t eingelegt Dies erweist sich teilweise als aufwendig da die Uhr in eine bestimmte Stellung gebracht werden muss Besonders praktisch ist die M glichkeit eine Blockbatterie zum Betrieb des Ladeger ts einz
290. trecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track gelb Die aufgezeichneten Tracks haben jeweils nur sehr geringe Querabweichungen zu der genau eingemessenen Sollstrecke wie hier in Abbildung 111 zu sehen ist 122 4 Beschreibung der Ger te Abbildung 112 Teststrecke 1 0 Sollstrecke pink aufgezeichneter Track blau Die maximale Abweichung aller L ufe senkrecht zur Sollstrecke betr gt 7 17 m wobei Werte in dieser Gr enordnung eher selten sind In Abbildung 112 ist dieses Maximum dargestellt Es befindet sich gleich am Anfang der 500 m langen Referenzstrecke und entspricht der ersten aufgezeichneten Koordinate Wie hier auch schon ansatzweise zu erkennen ist n hert sich der Track gelb immer mehr der Sollstrecke pink an Die gemessene Distanz liegt bei dieser Strecke allerdings trotz dieser anf nglich fehlerbehafteten absoluten Positionierung bei 496 m 10 5 DCH a E 85 E Zi L 2 ZE Geschwindigkeit 3 lstgeschwindigkeit 5 55 TR 7 r 5ollgeschwindigkeit Vi 4 5 Sc L 200 400 600 Weg m Abbildung 113 Teststrecke 1 0 Geschwindigkeitsverlauf 123 4 2 FRWD W600 Bei der Durchf hrung der Tests wurde auf eine m glichst gleichm ige Geschwindigkeit geachtet In Abbildung 113 zeigt sich so ein typischer Geschwindigkeitsverlauf ber die Strecke Die Geschwindigkeit schwankt hier maximal bis zu 1 km h Betrachtet man die mittlere Sollgeschwindigkeit und die mittl
291. trecke 2 1 Geschwindigkeitsverlauf Bei den gemessenen Geschwindigkeiten in Abbildung 41 zeigt sich ein f r diese Bedingungen sehr gleichm iger Verlauf der Schwankungen im Bereich zwischen 1 3 km h aufweist Zu Beginn der L ufe kommt es jedoch immer erst zu einer zu niedrigen gefolgt von einer zu hohen Geschwindigkeit was m glicherweise mit den nicht optimalen Bedingungen f r eine Initialisierung zusammenh ngen k nnte Die mittlere Sollgeschwindigkeit und die mittlere aufgezeichnete Geschwindigkeit liegen in diesem Beispiel Abbildung 41 nur 0 06 km h auseinander 85 4 1 Garmin Edge 305 Der H henunterschied von etwa 2 30 m ber die Distanz von 1000 m ist auch aus den aufgezeichneten Werten Abbildung 42 ersichtlich Es tritt jedoch dasselbe Ph nomen wie bei Teststrecke 2 0 auf Die zu Beginn der Aufzeichnung registrierten H hen weichen teilweise bis zu 10 m von den darauffolgenden Werten ab Au erdem scheint auch hier der barometrische H henmesser zur Stabilisierung des H henniveaus beizutragen 60 a f 56 54 H he m 92 50 4 48 4 46 G T T 0 200 400 600 800 1000 1200 Weg m Abbildung 42 Teststrecke 2 1 H henverlauf Teststrecke 3 0 stark eingeschr nkte Sicht durch Wald Teststrecke 3 0 befindet sich in einem Waldst ck und bietet somit stark eingeschr nkte Sichten Die angezeigten Distanzen in Abbildung 43 scheinen dadurch wenig beeinflusst worden zu s
292. trecke von 159 4 m dar Auf den ersten Blick ist ersichtlich dass sich die Werte auf Teststrecke 1 0 gro teils oberhalb und die von Teststrecke 10 0 eher unter dem Sollwert befinden u Datei u Datei 0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 200 Abbildung 371 Teststrecke 1 0 angezeigte und Abbildung 372 Teststrecke 10 0 angezeigte gespeicherte Strecken beim Sprunglauf und gespeicherte Strecken beim Sprunglauf Das Bild setzt sich unter Einbezug der abgespeicherten Entfernungen fort und es treten bei beiden Strecken zum Teil die gr eren aber auch die kleineren Distanzen in den Dateien auf Bei Teststrecke 1 0 belaufen sich die Mittelwerte auf 505 m angezeigt entspricht 1 Abweichung und 508 25 m gespeichert 1 7 f r Teststrecke 10 0 ergeben sich Durchschnittswerte von 145 m angezeigt 8 8 und 140 25 m gespeichert 12 265 4 6 Polar S625X Geschwindigkeit Geschwindigkeit dlstgeschwindigkeit 9 5 Istgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Geschwindigkeit km h S d Sollgeschwindigkeit 90 d Sollgeschwindigkeit 0 200 400 600 0 50 100 150 200 Weg m Weg m Abbildung 373 Teststrecke 1 0 Abbildung 374 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf beim Sprunglauf Geschwindigkeitsverlauf beim Sprunglauf Bei den Geschwindigkeiten treten besonders w hrend des Laufes auf Teststrecke 1 0 in Abbildung 373 gr ere Variationen auf Da anhand der Geschwindigkeiten de
293. u Feldbuch I oO U oO kA oO oO m VI O N CH oO CH Vi CH 100 150 200 Abbildung 365 Teststrecke 10 0 angezeigte Abbildung 366 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken bei gro en Schritten Strecken bei kleinen Schritten Bei einem Vergleich von angezeigten und gespeicherten Strecken wird erneut deutlich dass bei einigen Messungen der aufgezeichnete bei den brigen L ufen andererseits wieder der angezeigte Wert auf dem Display der S625X gr er ist Die abgespeicherten Distanzen passen sich beim Lauf mit gro en Schritten besser der Sollstrecke an Der Mittelwert betr gt 144 3 m bei kleinen Schritten hingegen nur 141 m Ein anderer Aspekt ist die h here Konstanz in den Messungen bei kleinen Schritten Die Standardabweichung betr gt hier nur 3 7 m f r die Werte aus der Datei und f r die angezeigten Strecken 0 m da immer 140 m ausgegeben wurden Die vielen kleinen Schritte erzeugen einen relativ gleichm igen Laufstil bei dem gleichf rmige Beschleunigungen auf den Sensor wirken Anders verh lt es sich mit den gro en Schritten Die Standardabweichungen von 12 6 m angezeigt und 19 m aus der Datei belegen dass unregelm ige Kr fte auftreten Bei gro en Schritten wird der Fu mit viel Schwung angehoben und nach vorne in Laufrichtung bewegt Ist die gew nschte gro e Schrittweite erreicht wird die Schwingphase abrupt beendet indem er auf den Boden aufgesetzt und belastet wird Durch das pl tzl
294. uf in Abbildung 198 zeigt einen H henunterschied von 8 m tats chlicher H henunterschied 1 17 m wodurch deutlich wird dass die H henkomponente bei GPS Messungen am unsichersten ermittelt werden kann Au erdem muss man dazu sagen dass der Forerunner 305 nur ganze H henwerte anzeigt und aufzeichnet Abbildung 198 Teststrecke 1 0 H henverlauf 170 4 Beschreibung der Ger te Teststrecke 2 0 eingeschr nkte Sicht durch Geb ude Anschlie end wurden die Ger te auf Teststrecke 2 0 unter eingeschr nkter Sicht durch Geb ude und somit unter verschlechterten Bedingungen getestet In Abbildung 199 sind die Ergebnisse der L ufe aufgelistet Es ergeben sich ein Mittelwert von 836 20 m Sollstrecke 824 m und eine Standardabweichung von 11 91 m Bei diesen ver nderten Bedingungen wird nur noch eine Streckengenauigkeit von gt 93 9 erreicht Verglichen mit der Referenz liegen angezeigte und aufgezeichnete Werte bereits bis zu 24 m auseinander siehe Abbildung 200 Eine m gliche Ursache k nnte ein durch den verschlechterten Empfang hervorgerufener erh hter Rechenaufwand sein wodurch tats chliche Werte sp ter an die Anzeigeschnittstelle weitergeleitet werden 0 200 400 600 800 1000 Meter Abbildung 199 Teststrecke 2 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 824 m E Datei u Feldbuch 400 600 800 Abbildung 200 Teststrecke 2 0 Vergleich angezeigte Strecken Feldbuch
295. ufstil bzw das Laufverhalten da ein erh htes Einsinken in den Boden unvermeidbar ist Interessant f r die Messung mit Radar sind besonders die sich durch Rasen stark ndernden Reflexionseigenschaften Die Tests wurden bei trockenem Rasen durchgef hrt um Effekte die durch zus tzliche Feuchtigkeit hervorgerufen werden ausschlie en zu k nnen L nge Verlauf Steigung Untergrund Besonderheiten Funktionsprinzipien 500m gerade unterschiedlich maximal 4 m weich Rasen keine Beschleunigungssensor Radar 57 3 3 Beschreibung der Teststrecken Mittlerer Untergrund lockerer Schotter P Google Quelle Google Earth Teststrecke 7 0 liegt genau wie die zuvor vorgestellte Teststrecke 6 0 in Hannover Mittelfeld Sie verl uft geradlinig entlang des angelegten Fu wegs parallel zum Boulevard du Montreal Hierbei handelt es sich jedoch um einen von der h rte her mittleren Untergrund F r den Weg wurde lockerer Schotter aufgefahren Dieser ist im Gegensatz zu den Strecke in s dliche Richtung zuvor betrachteten Strecken mit festen Untergrund Schotter nicht festgefahren und somit nicht als fest zu betrachten Die hier geplanten Tests sind auch wieder speziell f r Ger te mit Beschleunigungsmesser oder Radar ausgelegt L nge 500 m Verlauf gerade Steigung variiert maximal 4 m Untergrund mittel lockerer Schotter Besonderheiten keine Funktionsprinzipien Beschleunigungssensor Radar
296. um noch zu erkennen ist Bei einer stark abgerundeten Kurve wie in Abbildung 142 passt sich der aufgezeichnete Kurvenverlauf wiederum sehr gut der Sollstrecke an auch wenn dieser hier durch den hohen Gl ttungsgrad zu Beginn der langgezogenen Kurve noch verschoben ist Abbildung 143 zeigt eine 180 Wende in einem Punkt kurz vor dem Pavillon in Bildmitte Dabei werden einige gemessene Koordinaten scheinbar aus der Aufzeichnung herausgenommen so dass der Weg hier abgeschnitten wirkt Im weiteren Verlauf erkennt man erneut den eingesetzten Gl ttungsfilter Die eingestellte Aktualisierungsrate von 1 Sekunde l sst sich hier an keiner Stelle durch einzelne miteinander verbundene Punkte erkennen Durch die vermutlich verwendeten ausgleichenden Splines werden anscheinend zus tzlich noch einige Punkte interpoliert damit es zu einem so runden Streckenverlauf kommen kann ES l ur gt N i WENO CIZA UA 1200 Europa Technologies ng 1075796620 93 miNT H he 374 m Dbertragun orl UI UI OO Abbildung 143 Schnelle 180 Wende in einem Punkt 135 4 2 FRWD W600 Auskunft ber die Genauigkeit des Geschwindigkeits und Distanzmessers FRWD W600 sollten aber vor allen Dingen die angezeigten Strecken geben Abbildung 144 Der Mittelwert der angezeigten Distanzen betr gt 1070 m 1081 78 m Solldistanz die Standardabweichung liegt allerdings bei 41 23 m was auf den ersten Lauf und die besagte Verschiebung der Startkoordinate zur c
297. ung und in vertikaler Richtung f r die Schritth he ermittelt sondern schr g in der Sagittalebene nach oben und unten Auf Grundlage dieser Daten l sst sich ber den ger teinternen Algorithmus nicht die tats chlich gelaufene Geschwindigkeit bzw Distanz rekonstruieren Abbildung 355 Teststrecke 10 H henverlauf anderer Anbringungsort Da sowohl Barometer als auch Thermometer in der Armbanduhr S625X enthalten sind hat die Position des Laufsensors keine Auswirkungen auf das H henprofil wie es Abbildung 355 in gezeigt wird Aus diesem Grund werden f r die folgenden Test H henprofile nur bei auftretenden Besonderheiten dargestellt Pl tzliches Anhalten Neben dem Verhalten des Sensors w hrend der L ufe ist auch seine Reaktion auf ein pl tzliches Stehenbleiben von Interesse Nach einem abrupten Anhalten bei einer Distanz von 110 m wurde dazu die Strecke notiert 30 Sekunden sp ter kam es zu einer erneuten Ablesung des Werts E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 356 Teststrecke 10 0 Pl tzliches Anhalten angezeigte Strecken 259 4 6 Polar S625X BAnhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 357 Teststrecke 10 0 Pl tzliches Anhalten gespeicherte Strecken Anhand der ermittelten Daten l sst sich erkennen dass sich die Strecken w hrend der Pause von einer halben Minute trotz Stehenbleiben vergr ern Sowohl bei den angezeigten Abbil
298. ungsallee Die Besonderheit hierbei ist dass die Strecke von einer Fu g ngerbr cke berf hrt wird siehe Abbildung die mit einer Breite von 15 m die gew nschten bzw zu testenden Effekte erzeugen soll Dabei ist der Kurs f r zwei verschiedene Arten von Tests in zwei L ngen aufgeteilt Zun chst soll die Genauigkeit der gemessenen Distanzen per Durchlauf also mit Signalunterbrechung auf die komplette 317 m lange Strecke untersucht werden Der Startpunkt befindet sich dabei am s dlichen Ende von dem aus auch der zweite Teil der Tests startet Dieser soll das Verhalten der Ger te bzw der Distanzen und Geschwindigkeiten nach Signalabbruch zum Vorschein bringen Hierf r befindet sich auch ein Zielzeichen in der Mitte der Unterf hrung Ist dieses Ziel bei 167 m erreicht wird dort 30 Sekunden ausgeharrt Geachtet wurde dabei wieder auf gute Wetterverh ltnisse und vor 61 3 3 Beschreibung der Teststrecken allem auf einen Startpunkt der eine einwandfreie Initialisierung erm glicht L nge 317 m 167 m Tunnelmitte Verlauf gerade Steigung kaum ca 4 m gesamte Strecke Untergrund fest Pflaster Besonderheiten Signalunterbrechung bzw Signalabbruch Funktionsprinzipien GPS 62 3 Allgemeine Grundlagen zu den Tests Teststrecke 9 1 wird ebenfalls zur Untersuchung der Genauigkeit von Geschwindigkeits und Distanzmessern mit GPS genutzt Sie befindet sich auf dem Fu weg entlang der Hermesalle
299. ur wegen des stark vergr erten Ma stabs sichtbar Die korrekte Zuordnung der langsamen Stellen zum tats chlichen Streckenverlauf deutet auf eine gute Aufzeichnungsgenauigkeit der Geschwindigkeit hin Der passende H henverlauf ist in Abbildung 351 veranschaulicht 256 4 Beschreibung der Ger te 1000 1200 Abbildung 351 Teststrecke 8 0 H henverlauf Das H henprofil der Teststrecke wird auch hier recht genau gezeigt Bei 80 m wurde eine ca 3 m hohe Treppe absteigend zur ckgelegt Danach folgt ein stetiger Anstieg in Richtung Ziel Zwischen 700 m Ungarischer Pavillon und 900 m wird verl uft die Strecke parallel zum Hang so dass davor und danach jeweils ein kleiner 2 m hoher Ab bzw Anstieg zu verzeichnen ist Teststrecke 10 0 Anderer Anbringungsort Befestigt man den Laufsensor S1 nicht wie vorgesehen flach sondern etwas steiler auf dem Schuh weiter oben fast senkrecht an den Schn rsenkeln so ergeben sich die auf Teststrecke 10 0 ermittelten Werte O 50 100 150 200 Meter Abbildung 352 Teststrecke 10 0 angezeigte Strecken anderer Anbringungsort Wie in Abbildung 352 klar erkennbar ist f hrt eine Befestigungsmethode des S1 in dieser Position zu sehr kurzen angezeigten Strecken Der Mittelwert von nur 127 5 m liegt 31 9 m vom Sollwert 159 4 m entfernt Die Genauigkeit des Durchschnittswertes bezogen auf die Sollstrecke betr gt nu
300. us Teer stellt einen typischen Lauf auf einer Stra e dar Ein geringer H henunterschied von nur 1 2 m ber die gesamte Strecke von 500 m und die gerade Strecke ohne Kurven erm glichen einen Test unter Referenzbedingungen da eine gro e Anzahl von St reinfl ssen auf diese Weise unterdr ckt wird Die am Ziel auf der Uhr angezeigten Strecken sind in folgender Grafik veranschaulicht 0 100 200 300 400 500 600 Meter Abbildung 332 Teststrecke 1 0 angezeigte Strecken Sollstrecke 500 m Es ist auff llig dass alle Distanzen ca 10 bzw einmal 20 m zu kurz angezeigt werden Der Mittelwert der vier Messungen betr gt 487 5 m wobei die Standardabweichung von 5 0 m f r eine sehr gute Wiedereinstellgenauigkeit spricht Den Herstellerangaben zufolge lassen sich mit dem Foot Pod S1 bei konstanten Bedingungen Genauigkeiten von 3 bei einem unkalibrierten Ger t und noch geringerer Abweichungen nach erfolgter Kalibrierung erzielen Die Tests wurden zun chst ohne Kalibrierung durchgef hrt Die separate Ermittlung des Kalibrierungsfaktors auf einer 1600 Meter langen Strecke f r die Ber cksichtigung bei der Auswertung ergab genau 1 Die Position des Sensors am Schuh wurde f r die Dauer der gesamten Tests nicht ver ndert wodurch der Ma stabsfaktor konstant bleibt und keine Auswirkungen auf die ermittelten Strecken mit sich bringt Insgesamt sollten die Abweichungen folglich 3 nicht berschreiten Der schlechteste hier aufgetreten
301. usetzen da die Akkuzelle so auch unterwegs geladen werden kann Der gr te Nachteil bei der Nutzung der Casio GPR 100 zu Trainingszwecken ist jedoch die fehlende Daten bertragungsfunktion Der Nutzer ist somit nicht in der Lage Tracks oder andere Trainingsdaten abzurufen und auszuwerten Es ist hingegen aber m glich bis zu 50 Datens tze auf der Uhr zu speichern die Werte wie Datum Uhrzeit Distanz usw enthalten Die registrierten Daten lassen sich anschlie end jederzeit einsehen oder l schen 4 3 3 Tragekomfort Die Casio GPR 100 wiegt nur 62 g und ist angenehm zu tragen Sie f llt dabei weniger durch ihre Gr e als durch das sportliche Design auf 155 4 3 Casio GPR 100 4 3 4 Messprinzip GPS F r die Untersuchung der Genauigkeit der Geschwindigkeits und Distanzmessung der Casio GPR 100 wurden einige Tests durchgef hrt Da sich die Geschwindigkeiten aus den gemessenen Entfernungen berechnen lassen und die Uhr keine M glichkeit der Aufzeichnung und sp teren Auswertung der einzelnen Geschwindigkeitswerte ber die Zeit besitzt werden im Wesentlichen erst einmal die angezeigten Strecken analysiert Der Nachteil dabei ist dass die Distanz nur auf volle 10 m abgelesen werden kann Eine Betrachtung der gespeicherten Messwerte im internen Ger tespeicher ist nicht notwendig da die Angaben den notierten und damit angezeigten Werten entsprechen Teststrecke 1 0 optimale Bedingungen Zun chst wurde das Ger t unter optimalen
302. ve Beschreibung der Ger te Lieferumfang Funktionsumfang usw 2 Bedienung subjektiv 3 Tragekomfort subjektiv 4 Auswertungen der Testergebnisse Genauigkeitsuntersuchung 5 Zusammenfassung 71 3 3 Beschreibung der Teststrecken 72 4 Beschreibung der Ger te 4 1 Garmin Edge 305 Garmin Edge 305 Hersteller GARMIN Bezeichnung Modell Edge 305 Eingesetzte s Messverfahren GPS Barometrische H henmessung Funktionen Distanz Geschwindigkeit H he Neigung Kalorienverbrauch Puls Steuerkurs Trittfrequenz Uhrzeit Stoppuhr Ma e BxHxT 47x94x23 mm Gewicht 79g Lieferumfang Edge 305 USB bertragungskabel Steckdosenadapter f r UK Pulsmesser Brustgurt Ladeger t Fahrradhalter 2 x GSC 10 Geschwindigkeits und Trittfrequenzmesser Kurzanleitungen f r Edge 305 GSC10 und Pulsmesser Handbuch Deutsch Englisch Software CD Garmin Training Center Akkulaufzeit bis zu 12 Std Preis ca 395 4 1 1 Ger tebeschreibung Der GARMIN Edge 305 ist eigentlich ein reiner Fahrradcomputer nutzt aber haupts chlich das GPS System zum Aufzeichnen der Tracks und zur Berechnung und Anzeige der Distanzen und Geschwindigkeiten Er ist in verschiedenen Sets erh ltlich wobei f r die Tests die komplette Ausstattung mit GSC 10 Geschwindigkeits und Trittfrequenzsensor sowie ein Herzfrequenzmesser in Form eines Brustgurts zur Verf gung steht Die Stromversorgung des Hauptger ts wird durch ein
303. verlangsamt aufgezeichnet Auch hier wird ersichtlich dass sich die Abweichungen vom Mittelwert erst etwa 20 m nach dem Fu g nger berweg wieder verringern 94 Geschwindigkeit lstgeschwindigkeit Geschwindigkeit km h Sollgeschwindigkeit 0 100 200 300 400 Weg m Abbildung 61 Teststrecke 9 0 Geschwindigkeitsverlauf Durchlauf 4 Beschreibung der Ger te 90 85 4 80 75 H he m 70 65 4 60 0 50 100 150 200 250 300 350 Weg m Abbildung 62 Teststrecke 9 0 H henverlauf Durchlauf Abgesehen von dem H hensprung zu Beginn der Aufzeichnung in Abbildung 62 hat eine Signalunterbrechung keinen Einfluss auf die H he was zum wiederholten Male f r den Einsatz des barometrischen H henmessers spricht Alle angezeigten Strecken siehe Abbildung 63 werden im Vergleich zur Sollstrecke 317 m zu kurz gemessen Die Streckengenauigkeit liegt nach Signalunterbrechung nur noch bei gt 95 9 Bei Teststrecke 9 1 hingegen kann fast von einem normalen Verhalten die Rede sein Es wird eine streckenabh ngige Genauigkeit von gt 98 6 der Solldistanz von 277 m erreicht siehe Abbildung 64 Dieses unterschiedliche Verhalten kann eine Folge der zus tzlichen eingeschr nkten Sicht auf Strecke 9 0 sein wohingegen bei Strecke 9 1 abgesehen von der Br cke optimale Bedingungen herrschen Meter Abbildung 63 Teststrecke 9 0 Angezeigte Strecken
304. vil se r ckweg1 a 18 13 2s za2 till Ce UK CEA 260 edge03 0 bell se N p ckweg2 a 103 12 268 230 eeoa eom OOS fore01 Log gdb mi R ckweg 99 10 9 255 bal gdb p OOS Forerunner pirweg2 96 18 fi j ao poaa jo teieni o ooo R ckweg 2 105 259 E kel mu Lk Zu a ae o e e R ckweg1 s4 97 3 200 246 A owo wes m R ckweg2 s 10 s 2s zm woe OOOO 146 200 3148 heat y O R ckweg 131 15 4 20 283 wow OC oOo o ooo 145 270 2 32 LI hem O R ckweg2 133 m4 n 20 253 ELE Oo Poar fpes EE R ckweg 97 10 oan 247 soo OOO Hinweg2 97 Im 10 260 at polaoset S R ckweg2 96 108 en bewegte Umgebung Maschsee Ostufer ren zZ Dateiname Bemerkun Hinweg R ckweg e 118 05 119 21 esttgietun o 117 28 106 01 haco3 va hacoa te LL ul haoswe Ersatz f r H1 5 Datei Strecke RDS R ckweg R ckweg solsinsene VW er Un INC Strecke a Sollstrecke Zeit Zeit Dateiname ZEN A0 5 Hinweg s R ckweg s 173 81 184 95 RDS Hinweg 540 RDS R ckweg 540 184 15 184 7 RDS Hinweg 530 RDS R ckweg 530 178 4 185 polaro1txt malt mittlerer Untergrund Schotter Feldweg inne ce selling al ze Dateiname Bemerkun S S m Hinweg R ckweg 8 me Te e 225 37 215 76 RDS Hinweg 470 RDS R ckweg 460 Am 90 m i ml 16847 173 05 RDS Hinweg 490 RDS R ckweg 510 alpor al mm so eren 18570 poker nal E LLLL unge m
305. w rts und R ckw rtsbewegung auszugleichen werden die Messwerte gefiltert Au erdem kommt es beim Forerunner zu gr eren Abschattungen durch den Nutzer selbst Polar S625X und FRWD W600 k nnen befriedigende Ergebnisse vorweisen Letzterer f llt durch vereinzelte Messungen auf die signifikant von allen anderen abweichen Die S625X liefert hingegen Strecken die 273 4 Ger tevergleich trotz vorangegangener Kalibrierung zu kurz gemessen werden Bei der Casio GPR 100 wird keine Gl ttung bzw Filterung verwendet wodurch sich Querabweichungen im vollen Umfang auf die Strecken auswirken Vor allem die letztendlich aufgezeichneten Entfernungen sorgen bei der Radarmessung der Ciclosport HAC 5 f r die gr ten Abweichungen zur Sollstrecke Die Werte in Echtzeit sind zwar etwas genauer k nnen aber trotzdem h chstens als ausreichend bezeichnet werden Teststrecke 2 0 eingeschr nkte Sicht durch Geb ude Teststrecke 2 0 Platz Genauigkeit Verschlechterte Empfangsbedingungen durch Geb ude rufen beim Edge 305 fast gar keine Unsicherheiten hervor Der Forerunner 305 hat hingegen durch die zus tzlichen Abschattungen durch den Nutzer bereits gr ere Schwierigkeiten bei der Ermittlung der korrekten Entfernung Beim FRWD treten nicht unerhebliche Querabweichungen auf die sich vor allem in den angezeigten Werten wiederspiegeln Nach dem Auslesen des Ger ts weist dieser dann jedoch durch Filterung h here Genauigkeiten auf die dan
306. welche unkompliziert unter den Schn rsenkel geschoben wird und dann eingerastet werden muss Durch diese Anbringung sitzt der Beschleunigungsmesser sehr stabil am Schuh und wackelt auch beim Laufen aufgrund von guter Befestigung kaum St reinfl sse durch zuf llige seitliche Bewegungen werden somit minimiert Da zum Berechnen der einzelnen Schrittl ngen mittels Beschleunigungsmessungen mathematische Modelle eingesetzt werden welche sich auf einen Durchschnittslaufstil beziehen sollte mit Hilfe einer Kalibrierung der eigene Laufstil rechnerisch an das Modell angepasst werden um h chste Genauigkeiten erzielen zu k nnen Dies geschieht ber einen Kalibrierungslauf einer Strecke bekannter L nge ber mindestens 1200 Meter Aus dem Verh ltnis der angezeigten Ist Strecke zur Sollstrecke ergibt sich ein Kalibrierungsfaktor welcher direkt an der S625 eingestellt werden kann Die zuk nftig gelaufenen Strecken werden dann automatisch um den Ma stabsfaktor korrigiert siehe Abschnitt 2 4 4 Zum Anlegen des Brustgurts muss die Sendeeinheit an beiden Enden des Gurtes verbunden werden Dies geschieht mit einer speziellen Einrastetechnik welche z T Schwierigkeiten beim Befestigen oder nach dem Training auch beim L sen des Verschlusses bereitet Insgesamt h lt die Verbindung sehr gut und l st sich nicht unbeabsichtigt w hrend des Laufens Sind die pers nlichen Daten eingegeben und alle Sensoren angelegt l sst sich eine Aufzeichnung mit einem Druc
307. z hler entwickelt haben Im Laufe der Zeit wurden kleine ebenfalls als Pedometer bezeichnete Ger te entwickelt welche das Z hlen anstelle des Menschen bernahmen Sie werden meistens am Hosenbund befestigt und registrieren die zur ckgelegten Schritte ber die Anzahl der Ersch tterungen Nicht durch Gehen verursachte Ersch tterungen werden f lschlicherweise ebenfalls als Schritt identifiziert wodurch es z B durch Wippen zu Fehlz hlungen kommen kann Der gro e Nachteil einfacher Schrittz hler ist die recht hohe Ungenauigkeit der Wegstrecke da f r jeden Schritt eine konstante am Anfang eingegebene Schrittl nge angenommen wird Beim nat rlichen Gehen oder Laufen variiert diese Gr e hingegen aufgrund vieler Einfl sse wie Hindernissen Bodenunebenheiten Anstiegen oder Geschwindigkeits nderungen Aus diesem Grunde setzen einige Sportcomputerhersteller heute Beschleunigungssensoren ein Die ersten Sensoren bestanden aus einer empfindlichen sensitiven Achse auf welcher sich eine Pr fmasse den auftretenden Tr gheitskr ften bei Beschleunigung Abbremsung entsprechend verschieben konnte Bis Anfang der 1970er Jahre bildeten diese Sensoren kombiniert mit Kreiseln die grundlegende Methode der Inertialnavigation und vieler Steuerungsverfahren danach wurden sie nach und nach gegen neuere und genauere Systeme mit magnetisch stabilisierten Massen oder biegsamen Quarz St ben ausgetauscht Die st ndige Weiterentwicklung im Bereich de
308. z dazu m sste die Geschwindigkeit ab diesem Zeitpunkt durch die fehlende Bewegung einen Wert von 0 annehmen Da dies nach 5 Sekunden auch der Fall ist kann aber nicht genau gesagt werden ob es sich dabei um einen Fehler verursacht durch Gl ttung der gesamten Kurve oder durch Vorausberechnung ohne anschlie ende Filterung handelt Geschwindigkeit km h 40 Zeit s Abbildung 165 Teststrecke 10 0 Geschwindigkeitsverlauf 143 4 2 FRWD W600 Die H he variiert nach dem Erreichen des Haltepunktes nur noch in den ersten 2 Sekunden siehe Abbildung 166 Im Anschluss daran kommt es zu keinen Schwankungen mehr Fraglich ist hierbei ebenfalls ob der H henverlauf auch einem Filter unterliegt Betrachtet man den H henverlauf vor dem Zeitpunkt des Anhaltens sinkt dieser stetig ab Der sehr kleine H henunterscheid von 10 cm k nnte dabei auch interpoliert sein Festzustellen bleibt jedoch vordergr ndig dass es bei allen Aufzeichnungen auf dieser Strecke noch zu kleinen nderungen der H he 10 cm nach Beenden der Laufbewegung kommt 40 Zeit s Abbildung 166 Teststrecke 10 0 H henverlauf 144 4 Beschreibung der Ger te Testpfeiler MD Positionsgenauigkeit Zur Untersuchung der absoluten Lage und H hengenauigkeit wurde der W600 auf dem Messdach des Geod tischen Instituts der Universit t Hannover getestet Die dort aufgestellten Pfeiler sind koordi
309. zen bis zum Haltepunkt und die endg ltig angezeigten Strecken nach 30 Sekunden trotzdem unterscheiden E Anhalten E nach 30 Sekunden Abbildung 244 Teststrecke 10 0 Angezeigte Strecken Sollstrecke 110 m Nicht nur die zeitverz gerte Anzeige Berechnung oder auch Filterung der Messwerte f hrt zu einer Zunahme der Distanzen ber die Zeit sondern auch ungenaue Positionsbestimmungen aus denen wie in Abbildung 245 deutlich wird Strecken und dementsprechend auch Geschwindigkeiten berechnet werden Es handelt sich zwar nur noch um kleine Schwankungen lt 1 m die sich jedoch mit der Zeit aufsummieren was sich besonders gut bei den H hen zeigt Diese nehmen bis zum Ende der Aufzeichnung immer gr ere werdende Werte an wie in Abbildung 246 ersichtlich wird Geschwindigkeit km h H he m an a Zeit s Zeit s Abbildung 245 Teststrecke 10 0 Abbildung 246 Teststrecke 10 0 H henverlauf Geschwindigkeitsverlauf 190 4 Beschreibung der Ger te Testpfeiler MD Zur Untersuchung der absoluten Lage und H hengenauigkeit wurde der Forerunner auf dem Messdach des Geod tischen Instituts der Universit t Hannover getestet Die dort aufgestellten Pfeiler sind koordinatenm ig exakt bekannt was einen Soll Ist Vergleich erm glicht Die Dauer der Aufzeichnung betrug 60 Minuten Abstand zur Sollkoordinate an 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sekunden Abbildung 247 Mess
310. zum Einsatz kommen kann Die Schw chen liegen hier vor allen Dingen bei kurvenreichen Strecken vor Die Polar S625X mit zugeh rigem Beschleunigungssensor ist L ufern im Flachland zu empfehlen die regelm ig gleiche Strecken bei gleichem Laufstil zur cklegen oder die innerhalb von Geb uden trainieren Schw chen treten hier vor allem bei gr eren H henunterschieden auf Die Ciclosport HAC 5 mit eingesetztem Radarsensor ist L ufern zu empfehlen die innerhalb von Geb uden oder auf freien Strecken trainieren Die Schw chen liegen dabei haupts chlich bei leicht vom vorbestimmten Anbringungsort abweichenden Ausrichtungen des Ger ts aber auch bei L ufen unter Einsatz gr erer Schrittweiten 282 5 Zusammenfassung und Ausblick 5 Zusammenfassung und Ausblick 5 1 Zusammenfassung Der Einsatz von Sportuhren bei Freizeitanwendungen sowie im Leistungssport nimmt stetig zu Neuerdings werden dazu nicht nur Uhren mit Herzfrequenzmessern sondern vor allem Ger te mit Geschwindigkeits Entfernungs und H henmessfunktion verwendet Um dabei verl ssliche Trainingsdaten zu erhalten sollten bei den Messungen auch dementsprechende Genauigkeiten erreicht werden Aus diesem Grund ist eine Genauigkeitsuntersuchung der verschiedenen Ger te und Messverfahren durchzuf hren Zun chst musste dabei gekl rt werden welche Fehlereinfl sse bei den jeweiligen Ger ten bzw Messverfahren zu beachten waren um eine Referenz zu schaffen bei der

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