Oft wundern Leute sich, warum ihre GPS-Uhren keine genauen Tracks aufzeichnen. Und dann gibt es einzelne Beispiele, entweder als “Beweis”, dass alles bestens funktioniert oder für das Gegenteil.

Hier ein Beispiel (von einem Freund) von zwei Uhren desselben Typs – der Suunto 9 Baro – mit derselben Software und denselben GPS-Einstellungen, nur beim selben Lauf auf unterschiedlichen Handgelenken getragen.

Die Aufzeichnungen wurden binnen 3 Sekunden Abstand zueinander gestartet, um 15:32:40 bzw. 15:32:43. Der Lauf dauerte 1 Stunde, 59 Minuten und 50 Sekunden.

GPS-Tracks

Natürlich sagt es noch nicht so viel, die GPS-Tracks im Ganzen zu sehen… obwohl, gewisse Unterschiede werden selbst so schon sichtbar.

Zoomt man hinein, dann werden zunächst einmal die typischen Versetzungen zur Seite erkennbar, die daher rühren, wenn Uhren auf verschiedenen Handgelenken sitzen.

Das alleine sollte man schon einmal beachten…

Auf diesen Kehren wird ein anderes typisches Problem sichtbar:

Im Allgemeinen ist jedwede Aufzeichnung meistens gut genug, um einigermassen okay sagen zu können, wo der Trail verlief.

Über eine Zahl an Läufen würden sich falsche Punkte wohl auch ‘ausgleichen’, der durchschnittliche Wert wäre wohl richtig.

Bei nur einem Lauf wie hier aber, da gibt es so manche Punkte, wo die eine oder die andere Uhr etwa den äussersten Punkt in einer Wende nicht richtig aufgezeichnet hat. Damit sind manche Kurven geschnitten worden, andere Wenden übertrieben.

Die falsche Exaktheit von GPS-Tracks

Eigentlich ist es ohnehin eine ziemliche Täuschung, wie exakt solche Tracks dargestellt werden.

Ein gewisser Fehler ist dem GPS-System inhärent, insbesondere bei so schwachen Empfängern wie GPS-Uhren.

Damit haben die Positionswerte eigentlich eine gewisse Unsicherheit – und was wir als exakte Position dargestellt bekommen, das sollte eigentlich als eine Position dargestellt werden, die etwas vager, ungenauer, ist.

Unterschiede im GPS-Empfang

Ein wesentlicher Grund für solche (kleinen) Unterschiede zwischen Uhren vom selben Hersteller und desselben Modells sind Unterschiede im GPS-Empfang.

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Die Grafiken oben zeigen die Zahl an Satelliten und den EHPE (estimated horizontal positioning error, ein Wert für die wahrscheinliche Un-/Genauigkeit der GPS-Positionsbestimmung).

Gründe für Unterschiede

Warum gibt es hier Unterschiede, wo es doch Uhren vom selben Hersteller, desselben Modells, mit derselben Software waren?

Verstellte Sicht

Ein übliches Problem ist der verstellte Blick zum Himmel. Kann eine Uhr das Signal von einem GPS-Satelliten nicht “sehen” (empfangen), dann kann sie es logischerweise auch nicht in der Berechnung der Position verwenden.

Eine einfache Möglichkeit, wodurch eine Uhr am linken bzw. rechten Handgelenk unterschiedliche Satelliten “sehen” wird: der Körper der Person, die die Uhren trägt.

Darum hört man auch manchmal, nur halb im Scherz, dass man eine GPS-Uhr für die genaueste Track-Aufzeichnung einfach am Kopf tragen sollte! 😉

Der Blick links-rechts

Die Uhren zeigen auch in verschiedene Richtungen. Gerade (auch) darum werden so gerne runde Antennen verbaut: Sie sind darin besser, GPS-Signale aus jedweder Richtung zu empfangen.

Selbst mit einer runden Antenne zeigt die Uhr aber mehr nach links oder nach rechts, empfängt also unterschiedlich starke Signale von (manchen) derselben Satelliten.

Kommen dann noch Bäume oder Berge dazu, die den Blick zum Himmel und damit das Signal von GPS-Satelliten versperren – ausser vielleicht durch Signalreflektionen, die zu Ungenauigkeiten beitragen), dann hat man damit gleich noch einen Grund für Ungenauigkeiten.

Die GPS-Satelliten sind auch nicht immer und überall gleichermassen gut für GPS-Empfänger ‘sichtbar’ – zudem, wenn diese eben vorzugsweise in unterschiedliche Richtungen ‘schauen’.

Fängt man einmal an, über diese Dinge genauer nachzudenken, dann ist es schon eher überraschend – oder vielmehr, ein Zeichen für all das Wissen und all den technologischen Fortschritt, der hierein gesteckt wurde – dass das System so gut funktioniert, wie es das meistens tut!

Keine Überraschung jedenfalls, dass es Unterschiede gibt.

Wie die Distanz divergiert

Bei unserem Beispiellauf ist übrigens (wie oft) der einfachste Hinweis auf Unterschiede im Blick auf die aufgezeichnete Gesamtdistanz (und deren Entwicklung) zu finden:

Die eine Suunto 9 Baro hat hier insgesamt 10,93 km aufgezeichnet. Die andere mass eine Gesamtdistanz von 11.17 km.

Es gab keinen plötzlichen Sprung im Auseinandergehen der gemessenen Distanz, nur einen allmählichen Unterschied – wie im Graph zu sehen.

Dementsprechend war es wohl kein plötzlich fehlerhafter GPS-Punkt, sondern die Anhäufung kleiner Unterschiede.

Das ist wahrscheinlich auch wieder auf die unterschiedliche Position der Uhren (auf entgegengesetzten Handgelenken), zusammen mit kleinen Unterschieden in der GPS-Positionierung/Aufzeichnung (wie eben wenn Kurven geschnitten oder die Tracks ein wenig verlängert werden) zurückzuführen.

Dieser Lauf war immerhin hin-und-zurück, damit war wenigstens nicht die eine Uhr vielleicht immer an der Aussenseite, die andere an der Innenseite, einer Laufstrecke, wodurch erstere auch längere Distanz messen würde (was klar wäre, weil sie tatsächlich eine – wenig, aber doch – längere Strecke zurücklegen würde).

Pace

Geschwindigkeit und damit Pace sind für GPS ein wenig problematisch (Footpods sind darin besser, bei Bergläufen haben sie aber auch so ihre Schwächen), aber der Vollständigkeit halber…

Höhenmessung

Die Höhenprofile einer Strecke werden auf einer Uhr wie der Suunto 9 Baro vor allem durch barometrische Druckunterschiede bestimmt, es gibt aber auch die Kalibrierung, die (unter bestimmten Bedingungen) vor allem am Anfang eines Laufs per GPS vorgenommen wird – FusedAlti.

Mit dem Werkzeug Quantified-Self kann man ausserdem auch die Höhendaten ansehen, die diese Uhren per GPS alleine kalkuliert haben – wobei GPS-Höhenbestimmung notorisch problematisch ist; der EVPE (estimated vertical positioning error) ist typischerweise höher als der EHPE (der Fehler in der Horizontalen).

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Was ich hier interessant finde: Wir haben hier ein Beispiel von zwei Uhren desselben Modells, sehr ähnliche Resultate zeigend – aber wie auch bei Position und Distanz sind es selbst hier nicht dieselben Resultate.

Dabei ist die Höhenaufzeichnung einfacher und im Allgemeinen bei weitem besser als die Positionsbestimmung.

Herzfrequenz

Ein letzter Datensatz, wenn ich schon einmal Daten von zwei Uhren desselben Modells zeigen kann: oHR.

Herzfrequenz also gemessen am Handgelenk, per optischem Herzfrequenzsensor.

oHR ist ein anderes Thema, wie GPS, bei dem man viel mehr in die Tiefe gehen sollte (und ich das vielleicht auch einmal tun sollte). Die optische Herzfrequenzmessung ist bequem, und darum ist sie extrem beliebt.

Sie ist so beliebt, dass alle Hersteller in den letzten Jahren in diese Richtung gehen mussten… obwohl die Daten, die diese Sensoren liefern, notorisch problematisch sind.

Das soll nicht sagen, dass diese niemals funktionieren oder sinnlos sind. Aber, sie sind doch fragwürdig.

Hier haben sie tatsächlich ziemlich gut funktioniert. Es gibt immer noch gewisse Unterschiede und, zumindest zwei Mal, so weit ich das jetzt erkenne, Beispiele von sicherlich falschen, divergenten, Messwerten.

Letzte Worte

Natürlich ist auch das alles hier nur ein Beispiel, keine statistische Analyse, der man vertrauen könnte (die aber auch wieder ihre eigenen Probleme haben würde).

Ich hoffe aber, dass dieses Beispiel ein wenig dabei hilft, zu verstehen, dass es eben Limits in Sporttechnologie wie dieser gibt, welche wir akzeptieren müssen.