¶ Positionsdaten
Positionsdaten beschreiben umgangssprachlich GPS-Daten bzw. Koordinaten. Mit ihnen kann die exakte Position eines Punktes auf der Erde erfasst werden [1].
¶ Beschreibung
Um einen Punkt auf der Erde exakt zu bestimmen, benötigt man Positionsdaten, welche über Satelliten gewonnen werden, die in der Erdatmosphäre schweben. Die Daten selbst bestehen aus Längen- und Breitengraden [1]. Dieses Gradnetz oder Gitter wird als Koordinatensystem bezeichnet. Insgesamt gibt es 180 Breitenkreis und 360 Längenkreise. Die Breitengrade sind diejenigen Linien, die parallel zum Äquator verlaufen und die Längengrade, diejenigen die Nord- und Südpol verbinden. Grade die sich schneiden, tun dies immer rechtwinklig [1]. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird eine weitere Unterteilung vorgenommen. Die Breitengrade werden nach Ost und West gegliedert. Der Äquator stellt den nullten Breitengrad dar. Die Breitengrade nehmen nach Nord- und Südpol hin zu. Der Nullpunkt der Längengrade ist willkürlich (Abb. 1).
¶ Empfang von Positionsdaten
Positionsdaten, die auch einfach als GPS-Daten bezeichnet werden, geben die Position, sowie oft Uhrzeit und Datum, an. Je nach verwendeter Schreibweise werden die Koordinaten anders angegeben [3]:
- GMS: Grad, Minute und Sekunde
- GMM: Grad und Dezimalminute
- DG: Dezimalgrad
Das GPS-System beinhaltet mehrere Komponenten:
- Das Raumsegment (Satelliten)
- Nutzersegment (GPS-Empfänger)
- Bodensegment
Grundsätzlich empfängt das GPS-Gerät das Signal des Satelliten und misst die Laufzeitdifferenz des Signals, um seine eigene Position zu ermitteln. Mit der Frequenz von 1,56 GHz müssen die Satelliten für den Empfänger sichtbar sein [4]. Die Bodensegmente sind feste Standorte auf der Erde, die die Position des Satelliten erfassen und aktualisieren.
Im Detail wird die Laufzeit gemessen, indem in Satellit und Empfänger gleichzeitig ein Zufallssignal erzeugt wird, welches mit 1ms wiederholt wird. Die zeitliche Entfernung ergibt sich aus der Zeit von der Erzeugung des Codes im Empfänger und dem Eintreffen des Codes vom Satelliten. Multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit erhält man die räumliche Entfernung [4]. Um dies in der Praxis dreidimensional durchzuführen, sind vier Satelliten notwendig. Abweichungen der Uhren von mehr als 30 Sekunden würden zu hohen Ungenauigkeiten führen. Atomuhren wirken dem entgegen (Abb. 2) [4].
¶ Positionsbestimmung in der Landwirtschaft
Der ursprüngliche Hauptanwendungsbereich in der Landwirtschaft legt den Fokus auf die Pflanzenproduktion, bei der es sich vor allem um Ertragsermittlungen, Bodenanalysen und Verteilung von Düngern, Nährstoffen & Pflanzenschutzmitteln handelt [4]. Das GPS unterstützt mit seiner Standortbestimmung hierbei den wichtigen Faktor der „Verteilung“. So kann besonders kleinräumige Variabilität erkannt werden und durch den Landwirt und der Technik entsprechend gepflegt und bearbeitet werden [4]. Die Vorteile ergeben sich in ökologischer und ökonomischer Sicht durch Einsparung von Ressourcen wie Zeit, Kapital und Verbrauchsmaterialien [4]. GPS trägt somit besonders dazu bei, Daten in der Prozesskette zu erfassen und zu dokumentieren. Dies ist von der Ermittlung von Flächen und ihren räumlichen Differenzen, über die Ausbringung der Verbrauchsmaterialien, bis hin zu den Mengen der Ernte möglich [4].
Die Positionsbestimmung über GPS wird aber nicht nur für diese Anwendungen genutzt, sondern direkt in den Gerätschaften. Seit 2002 werden GPS gesteuerte Lenksysteme in Europa vermarktet. Sie sind in potenziell allen Systeme mit hydraulischen Lenksystemen verfügbar [5]. Heutzutage werden GPS-Systeme auch genutzt, um automatische Hacksysteme zu entwickeln, die autonom das Unkraut in den Reihen von Pflanzen entfernen [6].
¶ Anwendungsbereich
Positionsdaten werden in vielen Bereichen genutzt. Sie sind zusammen mit den Satellitenortungssystemen und den Positionsdatenempfängern dazu da, Geodaten zu erfassen. Diese werden dann in verschiedenen Sektoren genutzt, unter anderem in der Agrarwirtschaft zum Precision Farming und den damit verbundenen Technologien. Weiterhin findet man sie in Smartphones oder ähnlichen Endgeräten zur Orientierung. Im Bauwesen oder den Katasterämtern werden sie zur Abgrenzung von Flächen verwendet.
¶ Quellen
- Exkurs Geographische Koordinaten: Astrid Günther
- Infoblatt Das Gradnetz der Erde: Klett
- Wie funktioniert GPS? Alles Wissenswerte zum Ortungssystem: Inside digital
- Einsatz eines Globalen Positionierungssystems in der Landwirtschaft: Auernhammer, H.
- GPS gestützte automatische Lenksysteme: Noack, O. P.
- Automatische Lenksysteme zur Unterstützung der mechanischen Beikrautregulierung: Brell, S. & Staub, S.
¶ weiterführende Quellen
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, B. Sc., Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)