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Dienstag, 24. Januar 2017

Navigationsfähige GPS Radcomputer (von der Theorie zur Praxis)

Hin und wieder werde ich gefragt, welchen Sportcomputer oder welches GPS-Gerät ich empfehlen würde.

Mal davon abgesehen, dass ich tunlichst versuche, dieser Frage samt einer Antwort aus dem Weg zu gehen, weil das eine sehr subjektive Sache ist - und mir mitunter die Nähe bzw. neuerdings auch Distanz zu diversen Firmen unterstellt wird -, kommt das immer auf das konkrete Anforderungsprofil an.

Wer während des Trainings nur Pulswerte ablesen will, um z.B. die Trainingsintensität etwas steuern zu können, dem wird ein profaner Pulsmesser reichen (die es heute schon recht preiswert zu kaufen gibt).

Wer seine Trainingseinheiten protokollieren will, der wird natürlich tiefer in die Tasche greifen müssen.

Und wer einen navigationsfähigen Bikecomputer nutzen will, der muss wissen, inwieweit ihm die Navigationsfähigkeiten wichtig sind.

Daher will ich an dieser Stelle das Thema navigationsfähige Bike-Computer aufgreifen und deren Arbeitsweisen etwas skizzieren.

Vereinfacht gesagt, gibt es zwei bzw. mittlerweile drei Varianten navigationsfähiger Bike-Computer:

  • Geräte, die eine Echtzeitnavigation bieten (das bedingt routingfähige Karten auf dem Gerät)
  • Geräte, die eine rudimentäre Navigation anhand statischer Routen, die zuvor mittels eines geeigneten Programmes oder Webservices erstellt werden müssen, bieten. Im Grunde genommen ist das eine Art Pseudo-Navigation, die funktionieren kann, aber nicht immer funktionieren muss (siehe Ausführungen weiter unten). 
  • Neue Gerätetypen, die beide Welten mittels Smartphone-Anbindung mehr oder weniger miteinander verknüpfen.


Echtzeitnavigation:

(Geräte mit echter Kartendarstellung)

Wenn Navigationseigenschaften wirklich im Vordergrund stehen, dann empfehle ich durch die Bank jene Geräte, die eine Echtzeitnavigation inklusive einer echten Kartenansicht bieten. Mit diesen Geräten kann man wirklich überall navigieren -> natürlich muss die installierte Karte das entsprechende Einsatzgebiet abdecken!

Die meisten dieser Geräte weisen ein mehr oder weniger großes Farbdisplay auf, was etwas an der Akkulaufzeit nagt. Aktuelle Geräte meistern die 10 Stunden Hürde normalerweise aber schon, sodass auch längere Tagestouren damit machbar sind. Bei noch längeren Touren (Radmarathons, Langstreckenfahrten) muss aber ggfs. eine externe Powerbank als zusätzliche Stromquelle Verwendung finden.

Oftmals wird man beim Marktführer landen, denn so groß ist der Markt nicht. Es gibt mittlerweile aber auch andere Hersteller, die sich diesem speziellen Marktsegement annehmen.

Wer jetzt allerdings eine stressfreie Navigation, wie sie in KFZ-Navigationsgeräten realisiert ist, erwartet, der wird vermutlich enttäuscht sein. Meistens handelt es sich bei den Geräten primär um Sportcomputer, die eine Navigation als Nice-To-Have mitbringen. Im Gegensatz zur Auto-Navigation ist das radtaugliche Strassennetz nicht so gut erfasst, wie das KFZ-geprägte Strassennetz, sodass die on-the-fly Navigation auch schon mal zu einer etwas kruden Streckenberechnung führen kann.
Auch die Bedienung ist aufgrund der eher kleineren Bauweise nicht mit der eines KFZ-Navis vergleichbar, da die Hersteller beim User-Interface Kompromisse machen müssen. Zwar hat sich diesbezüglich die letzten Jahre sehr viel getan, ohne Handbuchstudium wird es aber in den seltensten Fällen gehen (das fängt schon damit an, dass man sich die Unterschiede zwischen einer Route und eines Tracks erschließen sollte, was hier aber bewusst nicht das Thema ist).

Man kann eine reine Kartensicht aufrufen und dann einer bereits fertig erstellten Route bzw. Track auf der Karte nachfahren, was aber dazu führt, dass man die normalen sportbasierten Ansichten des Bikecomputers nicht mehr vor Augen hat, oder, und das ist das Tolle an diesen Geräten, die Sportseiten weiterhin aktiv geöffnet haben: sobald eine Abzweigung kommt, blendet das Navi einen Abiegepfeil ein, sodass man früh genug reagieren kann. Das klappt in der Regel recht gut.

Bei bereits fertig erstellten Routen/Tracks, die auf das Gerät aufgespielt wurden, sind die Geräte meistens so schlau, beim Verlassen der aktiven Route, eine Neuberechnung anzustoßen, um wieder auf die eigentliche Routenvorgabe zu gelangen.
Alternativ kann man von unterwegs einen Zielpunkt vorgeben -> das Navi berechnet dann on-the-fly eine Route, der man einfach nachfährt. Je nach installiertem Kartenmaterial kann auch eine Adresssuche angestoßen werden, ansonsten kann man auf der Karte einen Zielpunkt markieren und sich dorthin navigieren lassen.
Das geht natürlich nur, wenn das Gerät eine Kartenansicht bietet und eine Karte der betreffenden Region installiert ist.

Bisher war es mir immer möglich, auch von unterwegs eine Zielnavigation einzuleiten, wenn ich mich denn mal verfahren hatte. Bei der rein statischen Navigation - ohne echte Kartenansicht - ist das nicht möglich! Hier kann maximal eine Luftliniennavigation aufgerufen werden, sofern das Ziel als Wegpunkt auf dem Gerät gespeichert ist -> das heißt, man wird eine gerade Linie sehen, die auf das Ziel hinweist, was bei verwinkelten Strassen-/Wegführungen natürlich alles andere als zielführend ist. Hier ist die Kartensicht also mehr oder weniger unabdingbar.


Rudimentäre Navigation:

(Geräte ohne eigenes Kartenmaterial)

Bis vor kurzem war ich noch der Meinung, dass diese Art der Navigation - da rein statisch! - nicht wirklich taugt. Z.B. kommt es immer mal wieder vor, dass die zuvor erstellte Route nicht 100% nachgefahren werden kann, weil Umleitungen (im Wald gerne auch mal gesperrte Wege), etc. ein 100% genaues nachfahren nicht ermöglichen. Je nach Straßen- und Wegnetz kann es dann sehr schwer sein, wieder auf die im Display angezeigte Krümelspur zu gelangen. 
Mittlerweile gibt es aber Geräte, die mit einem Smartphone gekoppelt werden können, sodass diese Geräte nicht mehr rein statisch operieren, sondern mit Hilfe des Smartphones, das die (Navigations)Intelligenz mittels einer App dem Bike-Computer zur Verfügung stellt, dynamisch navigieren können (darauf werde ich weiter unten eingehen).

Die Vorgehensweise ist dabei immer die Gleiche. Man muss eine bereits erstellte Route auf das Gerät übertragen, der man dann mehr oder weniger - eher mehr! - akribisch nachfahren muss. Bei der Krümelspurnavigation kann man oftmals fertig designte GPS-Routen oder Tracks verwenden, wie man sie im Internet zuhauf findet.


Manche Geräte, die eine sogenannte 'Turn-by-Turn'-Navigation bieten, verlangen hingegen oft besonders designte GPX-Dateien, die online mit bestimmten Webportal Editoren oder mit PC-Programmen erstellt werden müssen. Eines dieser Tools wäre z.B. der in der TrainingLab Pro integrierte Routeneditor (den ich aber aus diversen Gründen zu diesem Zweck nicht empfehle!).

Diese speziellen GPX-Dateien werden um statische Pfeil-Attribute ergänzt. Und hier liegt dann auch das große Problem, da die Pfeilvorgaben eben für jeden Wegpunkt statisch sind -> sobald man einen Wegpunkt verpasst hat, kann das dazu führen, dass diese ganze statische Routenvorgabe nicht mehr funktioniert, weil das Gerät nicht weiß, wo es sich auf der nichtvorhandenen Karte befindet.

Oftmals sind die Routenwegpunkte in der Anzahl auch noch begrenzt (50-100 Routenpunkte), was zufolge hat, dass man Touren ab einer bestimmten Länge bzw. Komplexität nicht mehr gescheit abbilden kann. Letztlich muss nämlich an jeder Kreuzung, die eine Richtungsänderung bedingt, ein Routenwegpunkt gesetzt werden.

Vorab noch ein kleiner Exkurs bzgl. dieser Turn-by-Turn Navigation und deren statischen Charakters:

Bei den mir bekannten Geräten müssen die Turn-by-Turn Vorgaben wirklich statisch in eine GPX-Datei geschrieben werden (meistens verwenden diese Geräte dafür spezielle XML-Tags, die nicht standardisiert sind, sondern jeder Hersteller kocht hier sein eigenes Süppchen).

Das heißt, der Routeneditor muss beim Designen der Route die Ausrichtung der Abbiegepfeile - ausgehend von der jeweils aktuellen Position/Fahrtrichtung, die das GPS-Gerät an den Routenwegpunkten aufweisen wird! - berechnen und entsprechend pro Routenwegpunkt einbetten.

Hier ein Screenshot, der das hoffentlich etwas verdeutlicht.

Sobald man nun die Kette der vorgegebenen Routenwegpunkte durchbrochen hat und sich aufgrund einer anderen Position dem kommenden Routenwegpunkt in einem anderen Winkel nähert, kann das Gerät das nicht mehr abbilden.
Manche Geräte sind immerhin so schlau, beim gegensätzlichen Abfahren der Routen (als Startpunkt fungiert also der Endpunkt), die Pfeile entsprechend umzudrehen (sofern das Gerät erkennt, dass die Route in der anderen Richtung abgefahren wird, aber das war es dann auch schon mit der Automatik).

Es gibt Geräte (z..B. die alten Garmin Outdoor Handhelds und sicherlich auch noch Andere), die auf die zuzufahrenden Wegpunkte mit einem dynamischen Pfeil zeigen (als Luftlinie). Das hat Vor-, aber auch Nachteile:

  • Wenn man z.B. bei einer arg verwinkelten Strassenführung nicht auf der Luftlinie zum anvisierten Wegpunkt zufahren kann (bei diesem Screenshot beträfe das die leicht abweichende Startposition, die ich unten rechts vom eigentlichen Startpunkt markiert habe). 
  • Oder die Trägheit des Pfeiles dazu führt, dass man bei höheren Geschwindigkeiten beim Einleiten der Kurve nicht schnell genug agieren kann.

Sofern man aber vom Startpunkt aus immer diesen dynamischen Pfeilen folgen kann, würde das Einen sicher zum Ziel führen (die ersten erschwinglichen Garmin Outdoor Handhelds waren daher auch bei Wanderern sehr beliebt).

Wie auch immer, die mir bekannten Geräte, die als Turn-by-Turn fähig beworben wurden, haben alle statisch operiert; anders könnte man wohl die Abbiege-Hinweismeldungen, die ca. 20-100 Meter vor dem kommenden Abbiegevorgang eingeblendet werden, auch nicht realisieren.

Ggfs. müsst ihr Euch halt schlau machen, wie das jeweilige Gerät in dieser Hinsicht funktioniert. Ich kann mir gut vorstellen, dass dieses statische Routing-Verfahren mit der Kopplung an Smartphones in naher Zukunft durchaus noch optimiert werden kann (erste Ansätze gibt es ja bereits, die aber m.E. noch nicht alles Machbare ausreizen). Siehe Ausführungen weiter unten.

Die erste Generation dieser technischen Navigationswunderwerke wies eine reine Pfeilnavigation (Turn-by-Turn) auf. Das Gerät navigierte also entlang einer festen Route. Mittels einer statischen Pfeilvorgabe musste man sich von Wegpunkt zu Wegpunkt entlang hangeln. Wenn man einen Wegpunkt nicht genau gekreuzt hat, konnte das dazu führen, dass die gesamte Navigation aus dem Tritt kam. 
Bessere Geräte konnten dann zumindest wieder zum nicht gekreuzten (= übersprungenen) Wegpunkt zurück navigieren, aber das konnte dazu führen, dass man immer wieder im Kreis navigiert wurde.

Ich kann diese Geräte jedenfalls nicht empfehlen, bzw. ich selbst bin mit diesen Geräten nie richtig warm geworden. 
So richtig funktioniert diese Navigationsart im Grunde genommen nur auf einem freien Feld oder in Gewässern, weil man unter diesen Bedingungen immer wieder auf den anvisierten Wegpunkt (in Form einer virtuellen Luftlinie) direkt zufahren kann. Im normalen Bike-Einsatz ist das eher schwer machbar.

Diese Geräte haben aber durchaus ihre Daseinsberechtigung, z.B. im Geocache-Bereich. Die Kartenbasierten Navis sind da fast schon wieder zuviel des Guten bzw. wird die Geocache-Sucherei dann zu einfach. 
Auch in der Schiffahrt findet diese rein Wegpunkt basierte Navigation Anwendung, um seichte Stellen und Untiefen zu umschiffen. Und in der Luftfahrt wird/wurde diese Navigationsart auch genutzt.


Die zweite Generation zeichnet sich dadurch aus, dass neben der Pfeilvorgabe auch eine Krümelspuransicht eingeblendet werden kann. Auf diese Weise kann man immerhin dem auf dem Display angezeigten Track nachfahren. Allerdings muss hierfür immer die Kartenansicht aktiv sein, sonst kann man der Krümelspur logischerweise nicht folgen.

Mitunter bieten diese Geräte auch eine Einblendung von Abbiegepfeilen (Turn-by-Turn) an, sodass man während der Fahrt die sportspezifischen Seiten weiterhin aktiviert haben kann und das Navi kurz vor den Abzweigungen einen Abbiegepfeil einblendet.
Das klingt in der Theorie gut, aufgrund der Tatsache, dass die Pfeilvorgaben hier aber auch statisch in der GPX-Datei eingebunden sind, trifft das bereits zuvor Gesagte zu. Sobald man die ursprüngliche Routenvorgabe verlässt, wird es mitunter holprig.

Da die Pfeile wirklich statisch in der GPX-Datei eingebunden sind (also z.B. als LEFT, RIGHT, etc. deklariert), funktioniert diese Turn-by-Turn Anzeige nicht, wenn man sich dem Routenwegpunkt in einem anderen Winkel als den ursprünglich geplanten annähert. Das kann durchaus vorkommen, wenn man einen Routenwegpunkt umfahren hat. Mit anderen Worten, sobald die Kette der Routenwegpunkte unterbrochen wurde - das Navi arbeitet diese Kette einfach nur sequentiell ab -, kann es Probleme mit dieser Turn-by-Turn Navigation geben.

Es gibt Geräte, die das etwas egalisieren können, aber das sind meistens Navis, die keine statischen Abbiegepfeile einblenden, sondern den Pfeil zum nächsten Routenpunkt immer direkt auf diesen ausrichten. Das ist im engeren Sinne keine Turn-by-Turn Navigation, weil das einem Luftlinienrouting mit Hilfe eines Kurszeigers entspricht (mit den weiter oben beschrieben Problemen).

Das ist auch der Hauptgrund, weshalb ich meinen Routeneditor - der mir lediglich als eine Art private Machbarkeitsstudie diente - für derlei Aufgaben nicht empfehle.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass diese Art der Navigation funktionieren kann, aber nicht muss. Bei großen Rennrad-Rundtouren hatte ich einige positive Ergebnisse, sobald ich aber auf arg verwinkelte Straßenführungen gestoßen bin, war dieses statische Navigieren eher schwierig bis nicht mehr praktikabel.

Ich will/muss aber anmerken, dass es auch viele User gibt, die mit dieser Art der statischen Navigation gut zurechtkommen. Hier sind jene Geräte klar im Vorteil, die den User auf eine Abweichung entsprechend hinweisen (was aber nicht alle Geräte wirklich gut machen!).


GPS Bike Computer mit Smartphone Anbindung:

(Geräte mit Zugriff auf routingfähige Karten mit Hilfe einer Smartphone-Anbindung)

Die dritte Generation - wie ich sie jetzt nenne - hat jene Navigationsart, die auf einer im Gerät hinterlegten routingfähigen Karte verzichtet, nun wieder aufgegriffen, stark verbessert und dank der Anbindung an ein Smartphone, um ein dynamisches Routing ergänzt (da über das Smartphone nun doch auf eine routingfähige Karte zugegriffen werden kann bzw. die dynamische Routenberechnung direkt von einer Smartphone App an den Bikecomputer durchgereicht wird).

Vertreter dieser neuen Generation wären z.B. der Wahoo Elemnt (der allerdings auf eigenes Kartenmaterial im Gerät zugreifen kann und demzufolge streng genommen zur Kategorie der Echtzeitnavigationsgeräte zählt, wenngleich meines Wissens die aktive Routenberechnung beim Elemnt vom Smartphone übernommen wird *) und die neue Lezyne Enhanced GPS Serie (10 Year Collection).
(* diesbezüglich muss ich mich nochmal schlau machen)

Betont werden muss, dass hierbei die dynamische Navigation mit der Kopplung der Smartphone App und vorallem deren Qualität steht und fällt (sowohl was die physische Kopplung - im allgemeinen Bluetoothverbindung - als auch die Qualität der App betrifft).

Ich habe testweise einen Lezyne Micro C in Betrieb und muss sagen, dass trotz meiner anfänglichen Skepsis dieses durch das Smartphone unterstützte Routing bisher recht gut funktioniert hat. Echte längere Testfahrten stehen aber noch aus und mein Testgerät weist auch noch die ein oder andere kleinere Kinderkrankheit auf, weshalb ich den Micro C derzeit (noch) nicht weiterempfehlen kann. Die Ansätze gefallen mir aber recht gut und ich werde das Gerät noch eine Zeitlang testen und hoffen, dass Lezyne noch das ein oder andere Firmware-Update nachreichen wird. Womöglich werde ich später ein Review zu diesem Gerät beisteuern.

Dieses Routing ist quasi semistatisch, das heißt, die Route wird als statische Vorgabe an das Gerät gesendet und im Gerät selbst Wegpunkt basiert abgearbeitet. Der Clou ist, dass das gekoppelte Smartphone die Route neuberechnet, sobald man von der Vorgaberoute abweicht.
Das Gerät ist dabei so schlau, bei kleineren Abweichungen den User erstmal darauf hinzuweisen, umzukehren und erst wenn ein gewisses Delta erreicht ist - sprich die Abweichung zum nächsten Wegpunkt zu groß ist -, eine Routen-Neuberechnung anzustoßen. In dem Fall wird der Part sozusagen an die Smartphone App übergeben, die im Hintergrund eine neue Route zum anvisierten Zielpunkt berechnet.

Das ist zwar keine Echtzeitnavigation - man kann das nicht genug betonen! -, wie ich sie weiter oben empfohlen habe, aber als Notlösung ein geeigneter Ansatz.
Ich habe mit diesem Gerät jetzt ein paar kleinere Testrunden gedreht und das hat soweit wirklich recht gut funktioniert. 

Again, das ist definitiv keine Echtzeitnavigation aber auch kein Vergleich zu den Pseudo-Navigationsgeräten der ersten und zweiten Generation, sondern durchaus ein Ansatz, der als Mittel zum Zweck taugen kann. Der hier beschriebene Lezyne Micro C ist wirklich sehr klein, sozusagen ein Gerät für Puristen, die kein großes Navi am Renner mit herumschleppen wollen :)

Ich hoffe damit etwas Licht gespendet oder zumindest die grundlegenden Eigenschaften dieser Geräte etwas beleuchtet zu haben. Wie gesagt, die Frage nach dem geeigneten Gerät ist sehr subjektiv und die Technik dahinter befindet sich im ständigen Wandel (die Anbindung der Geräte an Smartphones ist noch relativ neu).

Anmerken möchte ich, dass ich bei heimischen Rennradrunden sehr selten vorab erstellten Routen nachfahre, sondern selbst in unbekanntem Terrain einfach drauf losfahre und die Navigationsfähigkeiten meines Navis deswegen so gut wir gar nicht ausnutze.

Im Urlaub hat mir mein Garmin Edge800 hingegen schon sehr gute Dienste geleistet, sodass die Papierkarte meistens im Rucksack verbleiben konnte.

Insofern ist die Echtzeitnavigationsklasse die eierlegende Wollmichsau bzw. kommt dieser recht nahe. 

Hier im heimischen Terrain würde mir aber auch ein Gerät der dritten Generation genügen, weshalb ich mir demnächst neben dem Lezyne auch den Wahoo Elemnt noch einmal genauer ansehen werde (nicht nur des seltsamen Namens wegen :-) )

To be continued...

Montag, 23. Januar 2017

Working with Prototypes Part 2 ('Smooth' ist anders :-) )

Wieder mal Festplattenputz gemacht :-)

Vorab: diese Bilder sollen bitte nicht dazu animieren, diverse Interfaces nachzubauen (anstatt diese käuflich zu erwerben), wobei im Zeitalter der USB-MassStorage Devices und der drahtlos Verbindungen (Bluetooth, ANT+, WLAN, etc.) die Tage dieser Auslese-Interfaces eh gezählt sein dürften.

Ich will auch gar nicht groß rumlabern, sondern einfach nur ein Bild sprechen lassen.


Wenn man Glück hat wird man als Softwareentwickler schon recht früh in den Entwicklungsprozess eingebunden. Dann ist die (Serien)Produktion der Geräte natürlich noch nicht angelaufen, sondern man muss, wie bereits in einem vorangegangenen Beitrag erläutert, mit den ersten Prototypen vorliebnehmen (was sehr spaßig, aber auch recht stressig sein kann, wenn die Hardware noch nicht tut, was sie eigentlich soll und man nicht zum Implementieren kommt, sondern als Tester und Bugmelder den Firmware-Entwicklern zuspielen muss).

Kurzum, irgendwie muss man die Gerätedaten ja auslesen und früher kamen dabei des öfteren proprietäre Interfaces zum Einsatz. Wenn sich diese noch nicht in der Produktion befanden, dann musste eben gebastelt werden.

Hier sind zwei dieser Bastel-Interfaces zu sehen, die mir damals zum Teil von den Firmen zur Verfügung gestellt wurden (teilweise war auch Selberbasteln angesagt). In der Endproduktion sahen diese Interfaces dann doch merklich anders aus... :-)

Heute ist das wie gesagt alles etwas einfacher. Mittlerweile werden die Daten häufig drahtlos in die Cloud hochgeladen oder es genügt, ein USB-Kabel anzuschließen, um die Geräte als MassStorage Device anzusprechen.

Aber ganz ausgestorben sind diese Interfaces noch nicht, meinen Garmin Forerunner 620 kann ich z.B. alternativ mittels des dazugehörenden Lade(Interface)-Kabels auslesen, was trotz Cloudanbindung des FR620 per WLAN Übertragung von mir immer noch gerne genutzt wird, um die Aufzeichnungen in die TrainingLab Pro zu pumpen..

To be continued...