Ein GPS im Unterrichtseinsatz

Navigations-Satellit
Von diesen Navigations-Satelliten gibt es weltweit 24 Stück

Für Off-Road-Fans eine Selbstverständlichkeit, bei Erdkundelehrern leider weitgehend unbekannt: GPS - die satellitengestützte Positionierungshilfe

GPS ist die Abkürzung für Global Positioning System

Das GPS-System wurde vor über 20 Jahren vom US-Militär ins Leben gerufen. Es besteht aus 24 sog. Navigations-Satelliten, die 20 000 km über der Erde kreisen. Ihre Bahnen verlaufen kreuz und quer über den ganzen Globus verteilt. Damit sind an jedem Ort der Erde immer genügend Satelliten sichtbar. Diese senden in kurzen Abständen ein kodiertes, hochfrequentes Funksignal. Aus der Zeit, die das Signal zum Empfänger benötigt, lässt sich dessen Entfernung zum Satelliten berechnen. Bei der Nutzung von vier Satelliten gleichzeitig lässt sich der Standort des GPS-Empfängers in 3 Dimensionen festlegen: Geogr. Breite, geogr. Länge und Höhenlage.


Hier sehen Sie eine Animation zu diesem Geoid

Da die Erde keine Kugel ist, muss auch das Gradnetz in Abhängigkeit vom sog. Geoid umgerechnet werden. Wegen der vielen Unregelmäßigkeiten beim Geoid muss bei einem GPS-Empfänger vor der Inbetriebnahme ein geeignetes Kartenbezugsystem ("map datum") gewählt werden. Bei uns ist "WGS 84" (World Geodetic System 1984) eine gute Einstellung.

Ein GPS-Empfänger (hier kurz GPS, unser Gerät: GARMIN 12, es hat die Form und die Größe eines großen Handy) besteht aus einer Empfangsantenne, einem Rechenchip und einem Display, fast wie bei einer Funkuhr. Im GPS werden Funksignale von speziellen Navigations-Satelliten aufgefangen und in einem Minicomputer ausgewertet. Angezeigt wird die momentane Lage des GPS-Empfängers im geographischen Koordinatensystem. GPS-Geräte dienen insbes. für die Steuerung von Verkehrsleitsystemen und von ferngelenkten Waffen. Zivile und militärische Anwendungen liegen in keinem Bereich näher zusammen als beim GPS.
Für die Schule ist ein GPS eine ähnliche Satellitenanwendung wie das Fernsehen über die Satelliten-Schüssel. Ein GPS erlaubt aber nicht nur die Bestimmung des eigenen geographischen Standortes, GPS eröffnet auch einen neuen Weg zur Nutzung digitaler Karten und digitaler Satellitenbilder.

Was leistet ein GPS im schulischen Bereich?

Unser GPS heißt GARMIN 12, es ist sehr einfach zu bedienen und deshalb schulisch auch sofort einsetzbar. Es gibt auf Knopfdruck fünf verschiedene Display-Anzeigen:

Die erste Page "Satellite" zeigt die gegenseitige Lage und die Empfangsqualität der Satelliten:

Unser 12-Kanal-Gerät GARMIN 12 wertet bis zu 12 Navigations-Satelliten bei deren Überflug aus. Bei Verwendung eines Differential-GPS (DGPS) wird zusätzlich ein Sender im Nahbereich eingerichtet, dessen Ort ist genau bekannt. Damit lassen sich noch genauere Ortsmessungen für die Wissenschaft oder die Vermessung erreichen. Uns genügt ein einfaches GPS. Es zeigt (Page 1 oben rechts) die wahrscheinliche Genauigkeit in Metern. (Im Bild 15 m, seit dem Sommer 2000 arbeitet das Gerät auf wenige Meter genau. Zuvor hatten die Amerikaner das System für Privatanwender künstlich verschlechtert.) Die Ergebnisse variieren jedoch stark in Abhängigkeit von der gegenseitigen Position der erreichbaren Satelliten.

Die zweite Page "Position" zeigt alle Messergebnisse.

Das wichtigste Wertepaar sind die geographischen Lagekoordinaten. Die momentane Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung sind Auswertungen zweier aufeinanderfolgender Messdurchgänge. Die oben gezeigten Einheiten lassen sich statt in Meilen und Fuß auch in m und km anzeigen.

Ist man mit Karte, Kompass, Bleistift, Lineal und GPS auf Exkursion, so lassen sich damit schöne Übungen zur praktischen Kartenkunde durchführen.
Wie ermittle ich mit Karte und Kompass den eigenen Standort? Wie geht das mit dem GPS? Wie übertrage ich die GPS-Messwerte in die Karte, wenn die Karte kein geeignetes Koordinatensystem eingedruckt hat?

Die dritte Page "Map" zeigt eine imaginäre Karte mit dem Wegeverlauf.

Mit dem GPS lässt sich die Exkursionsroute protokollieren. Ist man an einem markanten Punkt angelangt, so lässt sich der Standort als Wegepunkt aufzeichnen und benennen, die Koordinaten werden übernommen. Die Liste der Wegepunkte lässt sich anzeigen (Taste GOTO).

Die vierte Page "Compas" zeigt einen Richtungspfeil. Er hilft ein Ziel zu finden.

Oben wird das momentane Ziel (im Bild heisst es "HOME") angezeigt. Über die Taste "GOTO" können die Zielpunkte ausgetauscht werden. Insbesondere bei Waldwanderungen ist diese "Compass Page" von sehr großem Nutzen.

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