Nautische Navigation mit dem RasPi und OpenCPN

GPS einrichten

Nach der Installation von Raspbian geht es mit dem Konfigurieren der für das Eigenbau-Navi benötigten Dienste weiter. Zum Ansteuern der externen GPS-Maus bietet sich der GPS-Daemon gpsd an. Er verbindet sich direkt mit der seriellen Schnittstelle, die die USB-Maus zum System hin exponiert, und erlaubt eingehende Verbindungen von OpenCPN. Das Programm dient entsprechend als Bindeglied zwischen beiden Komponenten. Um das Programm auf dem Rechner einzurichten, installieren Sie zunächst alle nötigen Pakete:

$ sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps

In der Datei /etc/default/gpsd geben Sie danach in der Zeile DEVICES den Pfad zur Schnittstelle an, unter der das System den GPS-Empfänger erreicht. Beim Navilock NL-402U aus unserem Beispiel wäre das /dev/ttyACM0. In der Zeile GPSD_OPTIONS fügen Sie zudem ein -b ein. Danach folgt ein Neustart mittels service gpsd restart.

Der Dienst wartet jetzt auf eingehende Verbindungen. Ob das Prinzip funktioniert, erfahren Sie, indem Sie cgps in der Kommandozeile aufrufen. Warten Sie nach dem Verbinden der GPS-Maus ruhig ein paar Minuten – je nach Standort braucht sie ein wenig Zeit, um einen GPS-Fix zu bekommen.

OpenCPN einrichten

Danach folgt das Setup von OpenCPN – das Kürzel steht für "Open Source Chart Plotter / Navigator". Das Programm steht unter der GPLv2 und lässt sich direkt von der Projekt-Homepage [6] beziehen. Raspbian selbst bietet in seinen Repositories allerdings kein Paket an, das sich sofort installieren ließe. Hier springt die Community ein und offeriert ein OpenCPN-Paket in der aktuellen Version 4 [7]. Sie finden es auch auf der Heft-DVD und installieren es mit folgendem Aufruf:

$ sudo dpkg -i opencpn_4.0.0-1_armhf_tides_map.deb

Im ersten Anlauf wird die Paketinstallation zwar wegen einiger nicht erfüllter Abhängigkeiten fehlschlagen. Das Problem lässt sich aber mit einem beherzten sudo apt-get -f install aus der Welt schaffen. Danach ist OpenCPN vollständig installiert und theoretisch startklar.

Für die vorgesehene Aufgabe arbeitet der Raspberry Pi zwar schnell genug, aber durch ein paar simple Tricks lässt sich OpenCPN deutlich besser nutzen – etwa dadurch, dass Sie die Framebuffer-Tiefe auf 32 setzen und Alpha-Kanäle im Framebuffer deaktivieren. Dazu finden Sie in der Datei /boot/config.txt die Einträge framebuffer_depth und framebuffer_ignore_alpha. Den Wert für Ersteren setzen Sie auf 32, beim zweiten tragen Sie 1 ein. Da die Änderungen die Konfiguration der Hardware betreffen, erfordern diese Anpassungen im Anschluss einen Reboot.

Danach starten Sie OpenCPN über den entsprechenden Eintrag im Raspbian-Desktop-Menü. Beim ersten Programmstart erscheint der Hauptkonfigurationsdialog (Abbildung 2). Hier legen Sie verschiedene Parameter zum Boot, den Verbindungen zu Gpsd und zum genutzten Kartenmaterial fest. Unter User Interface stellen Sie ein, welche Sprache OpenCPN nutzen soll – auch Deutsch steht zur Auswahl. Änderungen der Sprache übernimmt die Software erst nach einem Neustart, danach erscheint der Konfigurationsdialog automatisch erneut. Klicken Sie darin auf Verbindungen und dann auf Verbindung hinzufügen. Als Protokoll kommt D GPS zum Einsatz; die Adresse lautet 127.0.0.1. Ein Klick auf Anwenden aktiviert die Änderungen.

Abbildung 2: In der Konfiguration von OpenCPN gilt es, die Verbindung zum Gpsd zu aktivieren und den Pfad zu den Maps mit den Wasserstraßen einzutragen.

Schließlich legen Sie fest, wo das Kartenmaterial liegt. Der Kasten "Wasserwege" erklärt, von wo Sie passende Karten beziehen. Laden Sie diese auf den RasPi und merken Sie sich den Speicherort. Dann klicken Sie in der Konfiguration unter Seekarten auf Verzeichnis hinzufügen und wählen den Ordner aus, in dem Sie die Karten abgelegt haben. Setzen Sie nun einen Haken bei Gesamte Datenbank neu aufbauen und klicken Sie erst auf Anwenden und dann auf OK. Innerhalb weniger Minuten baut OpenCPN danach seine interne Kartendatenbank auf.

Wasserwege

Eine Navigationslösung ist zwangsläufig nur so gut wie das verwendete Kartenmaterial. Wer schon einmal mit dem Auto in einem Neubaugebiet unterwegs war und plötzlich bloß noch Offroad im Display des Navis sah, kennt das Problem. Auf dem Wasser verhält es sich nicht anders: Nur auf einem hinreichend gut kartografierten Wasserweg lässt sich sinnvoll navigieren. Ein großer Teil des Betrags, den semiprofessionelle Lösungen als Preis aufrufen, wandert in die Kartografiertätigkeit der Unternehmen. Doch auch außerhalb der kommerziellen Lösungen gibt es Karten für Wasserstraßen.

Als primäre Quelle für solche Karten gilt die WSV – die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes. Im Rahmen der europäischen Angleichung gelang es in den letzten Jahren, viele Wasserstraßen des Kontinents im Rahmen der sogenannten Inland-ENCs vollständig zu kartografieren. Inland-ENC steht für "Inland Electronic Navigation Charts" – gemeint ist also das Kartenformat, in dem die genannten Wasserstraßenkarten vorliegen. Inland-ENCs bietet die WSV auf der Webseite der Behörde [8] kostenfrei in einem Format zum Download an, das OpenCPN ohne Umwege versteht.

Allerdings hat die WSV es bisher nicht geschafft, alle Wasserstraßen in Deutschland vollständig zu kartografieren. Das hängt aber nicht mit bürokratischer Untätigkeit zusammen, sondern mit der schieren Menge der Wasserwege: Teil 2 der Binnenschifffahrtsstraßen-Ordnung (BinSchStrO) listet auf rund 500 Seiten die Regeln auf, die für jedes noch so kleine Rinnsal gelten. Um der Situation Herr zu werden, klassifiziert die WSV die deutschen Wasserstraßen: Je höher die in römischen Ziffern angegebene Klasse, desto wichtiger der Schifffahrtsweg. Rhein und Donau gehören etwa zu den Klassen Vb beziehungsweise VI, VIb und VIc. Regionale Wasserstraßen tragen niedrigere Nummern – die Spree-Oder-Wasserstraße in Berlin gehört beispielsweise zur Kategorie IV.

Logischerweise gilt: Je wichtiger eine Wasserstraße, desto höher bewertet der Bund deren Kartografierung. Den Rhein decken die IENCs beispielsweise über weite Strecken vollständig ab; die Donau ist sowohl in Deutschland als auch in Österreich komplett verzeichnet. Sind Sie also vorrangig auf Rhein oder Donau unterwegs, nutzen Sie dazu die Inland-ENCs des Bunds und profitieren davon, jedes einzelne Verkehrsschild bereits über Kilometer im Voraus zu kennen.

Bei unzureichend oder nicht kartografierten Wasserstraßen springt das OpenSeaMap-Projekt [9] ein. Ähnlich wie sein großer Bruder OpenStreetMap will es gemeinfreie Karten für alle Wasserstraßen schaffen und setzt dabei auf die Community. Anders als bei OpenStreetMap fällt das Kartenmaterial jedoch aktuell nicht ganz so berauschend aus. So zeigen sich etwa Defizite bei Auflösung und Detailreichtum. Aber immerhin: Auch mit den OpenSeaMap-Karten lässt sich vorzüglich navigieren. Und im Gegensatz zu den WSV-Karten deckt OpenSeaMap einen deutlich größeren Bereich ab – die schon erwähnte Spree-Oder-Wasserstraße verzeichnet das Projekt beispielsweise vollständig.

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