Orientierungssinn der Autos Wo bin ich?

Seit es Navigationssysteme gibt, so schwärmen deren Erfinder, geht es im Auto friedlicher zu. Was dem Beifahrer vielleicht an Orientierungssinn fehlte, bringt mittlerweile die künstliche Intelligenz im Armaturenbrett mit. Aber woher weiß der Wagen eigentlich, wo er ist?

Die zentrale Aufgabe eines Navigationssystems aus der Sicht des Nutzers ist es, den günstigsten Weg zum Ziel zu weisen. Doch bevor die elektronischen Kopiloten auf ihren digitalen Straßenkarten die optimale Route auswählen und den Fahrer an den gewünschten Bestimmungsort lotsen können, müssen sie ihre eigene Position ermitteln. Und sie müssen die jeweilige Position des Wagens und während der gesamten Fahrt permanent überprüfen. Denn wer nicht weiß, wo er ist, der kann auch keinem sagen, wo es lang gehen soll.

Für diese automobile Standortbestimmung werten die fest im Fahrzeug montierten Navigationssysteme viel mehr Informationen aus, als nur die Daten des Global Positioning Systems (GPS). Zwar sind die Signale dieses US-amerikanischen Satellitenverbundes sowie die künftigen Funkpeilungen des europäischen Galileo-Netzwerkes für die Ermittlung der Position unerlässlich, doch wirklich präzise wird die Standortbestimmung erst im Zusammenspiel mit anderen Fahrzeugsensoren.

So nutzen die Navigationssysteme vor allem die Tachodaten und die Signale eines Gyroskops, um den Weg des Fahrzeugs permanent nachzuzeichnen: Über die Geschwindigkeit lässt sich nämlich die zurückgelegte Entfernung exakt berechnen, und anhand der Ausschläge des aus der Luft- und Seefahrt entlehnten Kreiselkompass' kann der zentrale Navigationsrechner in Sekundenbruchteilen jede gefahrene Kurve analysieren. Mit diesen Informationen berechnet das System einen potentiellen Standort, der im nächsten Schritt, dem sogenannten Map Matching, mit der eingespeicherten digitalen Straßenkarte abgeglichen wird.

Damit der künstliche Orientierungssinn weiß, wo es langgeht, braucht er genau wie früher der Beifahrer eine aktuelle Straßenkarte. Dabei wird die Welt - Galilei zum Trotz - doch wieder zu einer Scheibe. Denn das Herzstück des Systems ist ein Silberling, eine CD-ROM, die den gesamten Datensatz einzelner Länder oder - auf DVD - sogar alle Straßen Europas enthält. Mittlerweile gibt es auch Systeme, die diese "Landkarten-Informationen" auf einer Festplatte abspeichern.

Die Sezierung des Straßennetzes

Erfasst werden die Daten, aus denen die digitalen Landkarten entstehen, vor allem von zwei Firmen: Navigation Technologies (NavTech) und TeleAtlas. Dabei reicht es längst nicht aus, einfach nur konventionelle Straßenkarten einzuscannen. Zwar dienten zum Start der Navigationssysteme tatsächlich die offiziellen Landkarten der Vermessungsämter als Basis. Doch mit der Übertragung der allein für Deutschland etwa 100.000 Blätter haben sich die Programmierer nicht begnügt. Es wurden auch Luftaufnahmen und Bebauungspläne sowie Videoprotokolle so genannter "Geo Scouts" in kamerabestückten Wohnmobilen mit einbezogen, bevor die die Kartenbasis fixiert wurde.

Erst danach wurden die Karten digital übersetzt, und zwar durch Fachkräfte, die am Computer jede Straße in abertausende kleine Abschnitte zwischen Kurven oder Kreuzungen zerlegten und dann mit einer Fadenkreuz-Maus erfassten. Mittlerweile ist diese Sysiphus-Arbeit für das westliche Europa weitgehend abgeschlossen. Allein die Deutschlandkarte hat 700.000 Straßen-Kilometer und umfasst 200.000 so genannter Points of Interrest (POI) in etwa 40 Kategorien. In Europa können heute rund 300 Millionen Menschen ihre Adresse mit Hilfe eines Navigationssystems finden.

Ständig muss das System Position beziehen

Beim Abgleich von Satelliten-, Fahrzeug- und Kartendaten bleibt dem System dann meist nur eine einzige, plausible Position übrig. Stehen in seltenen Fällen Alternativen zur Wahl, wertet das System die nächsten Meter der Fahrt aus und ermittelt so in wenigen Sekunden zweifelsfrei den richtigen Standort. Dieser Vorgang wird – auch bei ausgeschalteten Navigationssystem - alle drei Sekunden wiederholt, damit der Rechner nie die Orientierung verliert. Die Daten der Satelliten werden dabei zwar permanent erfasst, dienen aber im Normalfall lediglich der automatischen Selbstkontrolle. Denn sogar beim Neustart des Systems kennt der elektronische Pfadfinder seine Position, weil sie beim Abschalten stets gespeichert wird. Nur wenn das Fahrzeug – etwa auf dem Autoreisezug, einer Fähre oder dem Abschleppwagen - mit fremder Kraft bewegt wird oder die Sensoren in abgeschotteten Parkhäusern mit vielen kreisrunden Rampen kurzfristig durcheinander kommen, ist der Computer auf die Wegweiser am Himmel angewiesen.

Deshalb empfangen die Systeme die Signale von bis zu acht Satelliten gleichzeitig, die permanent ihre exakte Position am Himmel zur Erde funken. Außerdem lässt sich über die Zeit vom Aussenden bis zum Eintreffen des Signals auch die jeweilige Entfernung zum Satelliten berechnen. Wenn das System Position und Entfernung kennt, genügt ihm eine einfache geometrische Formel, um den eigenen geographischen Standort zu bestimmen - allerdings nur mit einer Genauigkeit von etwa 20 Metern. Weil diese Toleranz im dichten Verkehrsnetz viel zu groß wäre, sind für die Feinarbeit dann wieder die Sensoren im Auto verantwortlich.

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