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Aus Raspberry Pi Geek 01/2016

Nautische Navigation mit dem RasPi und OpenCPN

© Eric Gevaert, Fotolia

Kurs halten

Martin Loschwitz

Im zweiten Teil der Serie über den Raspberry Pi auf Sportbooten zeigt der Mini-Computer, dass er sich als ideale Basis für ein Low-Cost-Navigationssystem eignet: OpenCPN und ein GPS-Empfänger genügen.

Der Raspberry Pi eignet sich aufgrund seines minimalen Stromverbrauchs besonders für den Einsatz auf Sportbooten oder in Wohnmobilen. Der erste Teil der Serie [1] zeigte in der letzten Ausgabe, dass er sich dank seiner Empfangsstärke, des geringen Stromverbrauchs und der minimalen Abmessungen perfekt zur echten Multimediazentrale auf engstem Raum eignet. Sie finden Teil 1 auch auf der beiliegenden Heft-DVD.

Doch dieses Szenario schöpft das Potenzial des Mini-Rechners noch lang nicht aus. Ganz ähnlich wie auf der Straße schadet es auch auf dem Wasser nicht, zu wissen, wo man sich gerade befindet. Klassische Navigationsgeräte versagen auf diesem Terrain häufig völlig, weil sie nur zur Navigation zu Lande ausgelegt sind und Wasserstraßen lediglich als schmückendes Beiwerk in der Umgebung verzeichnen.

Nun ist es nicht so, als wäre elektronische Navigation zu Wasser eine neue Idee. Große Schiffe nutzen seit Langem GPS zur Standortbestimmung und Routenverfolgung. Selbst für kleinere Sportboote bietet der Bootsfachhandel entsprechende Geräte zum Kauf an. Der Haken: Schon semiprofessionelle Navis für die Nutzung auf dem Wasser schlagen mit teils horrenden Preisen von einigen Hundert Euro zu Buche. Wer obendrein regelmäßige Kartenupdates erwartet, legt noch ein paar Scheine obendrauf. Die hohen Kosten für die Anschaffung entsprechender Hardware lassen viele Sportbootkapitäne vor dem Kauf zurückschrecken. Da blieb für den Freizeitnavigator bislang nur die Wahl zwischen der Anschaffung eines Bootsnavis für viel Geld oder der wenig komfortablen und ebenfalls nicht exakt kostengünstigen Navigation anhand gedruckter Wasserstraßenkarten.

Hier kommt nun der Raspberry Pi als Fundament für ein Selfmade-Navi ins Spiel: Zusammen mit einem GPS-Empfänger, der Navi-Software OpenCPN und entsprechenden Binnenwasserstraßenkarten wandelt sich der Mini-Rechner zu einem preisgünstigen Navigationsallrounder. Im Folgenden zeigen wir, wie Sie den RasPi mit der nötigen Software versorgen, welche Hardware sich eignet und woher Sie die passenden Karten bekommen. Als Goodie bieten wir zu guter Letzt einen Überblick, wie Sie das Setup auch für andere Instrumente an Bord verwenden.

Die Hardware

Für die Navigation entschied sich der Autor, das Boot mit einem zweiten RasPi zu bestücken: Den multimedialen Mini-Rechner treibt OpenELEC an, das sich zwar ideal für Multimedia-Aufgaben eignet, nicht aber für die Navigation. Letzteres erfordert eine “echte” Linux-Distribution, die es erlaubt, zusätzliche Pakete zu installieren – was unter OpenELEC nur mit Verrenkungen zu erreichen wäre.

Für den Workshop stellte Pi3g [2] uns ein zweites Gerät zur Verfügung. Wie der erste RasPi fand auch der zweite seinen Platz auf der Rückseite des Bord-TV-Bildschirms, wo ihn ein Klettband an Ort und Stelle hält.

Während für das Multimediazentrum dank HDMI-CEC eine Fernbedienung als alleinige Steuerung ausreicht, erfordert ein Linux-Desktop eine andere Art der Bedienung. Es stellt sich zwangsläufig die Frage nach einer Tastatur und einer Maus – auf einem Boot finden sich aber kaum nutzbare Flächen, auf denen eine normale Maus überhaupt nutzbar wäre. Eine Alternative bietet Logitech in Form der K400 Plus [3] an: Die eigentlich für den Gebrauch im Wohnzimmer konzipierte Kombination aus Tastatur und Touchpad benötigt wenig Platz, verzichtet auf lose Teile und bewegt sich mit rund 40 Euro auch finanziell im akzeptablen Rahmen.

Damit der RasPi als Navi arbeitet, benötigt er einen GPS-Empfänger samt Zubehör. Die Suche nach GPS-Antennen im einschlägigen Fachhandel für Bootszubehör liefert viele Modelle, die sich für die Montage außerhalb der Kajüte eignen. Für unsere Zwecke genügt aber auch eine mit Linux kompatible Indoor-GPS-Antenne, die sich etwa an einem der Kajütenfenster per doppelseitigem Klebeband oder ebenfalls per Klett befestigen lässt. Letztlich muss eine GPS-Antenne nur den Sichtkontakt zu einer hinreichenden Anzahl von Satelliten herstellen können.

Der Empfänger Navilock NL-402U USB (Abbildung 1) funktioniert problemlos mit Linux und schlägt bei Amazon mit etwa 45 Euro zu Buche [4] –über 50 Euro weniger als für das günstigste Outdoor-Modell anfallen würde.

Abbildung 1: Der Navilock NL-402U GPS-Empfänger arbeitet problemlos mit Raspbian zusammen und kostet obendrein nur etwa 40 Euro. (Bild: Navilock.de)

Abbildung 1: Der Navilock NL-402U GPS-Empfänger arbeitet problemlos mit Raspbian zusammen und kostet obendrein nur etwa 40 Euro. (Bild: Navilock.de)

Raspbian als Grundlage

Da der Autor seit über zwölf Jahren selbst an Debian mitentwickelt, kam für ihn nur das auf dieser Distribution basierende Raspbian infrage. Als angenehmer Nebeneffekt ergibt sich daraus, dass für diese Distribution bereits OpenCPN-Pakete im Netz zur Verfügung stehen. So steht dessen Betrieb kaum mehr im Weg als das simple Einrichten der Software.

Auf der Raspbian-Projektseite [5] finden Sie vorbereitete Betriebssystem-Images, die sich unter Linux, Mac OS X und Windows problemlos auf eine neue SD-Karte installieren lassen. Weil die RasPi-Hardware auf allen verkauften Exemplaren identisch ausfällt, entfällt das zeitraubende Einrichten von Hardware. Nach der Raspbian-Installation steht der Rechner quasi sofort und hardwareseitig perfekt konfiguriert zum Einsatz bereit.

Wie schon im ersten Teil der Reihe gilt die Overlay-Warnung auch bei Raspbian: Es kommt durchaus vor, dass der Debian-Ableger das Bildsignal zwar in 720p oder 1080p ausgibt, es auf dem TV-Bildschirm aber verschwommen aussieht. Dann gilt es, dem Fernseher die Overlay-Darstellung abzugewöhnen. Beim auf dem Boot eingesetzten Grundig-Modell etwa lässt sie sich per Fernbedienung einfach abschalten.

Für OpenCPN empfiehlt es sich, die Darstellung auf 720p statt auf die theoretisch möglichen 1080p zu setzen. Das sorgt einerseits dafür, dass Sie die in OpenCPN dargestellten Karten auch aus größerer Entfernung noch ohne massives Hineinzoomen erkennen können, andererseits schont es die ohnehin nicht ganz starke GPU des Raspberry Pi.

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.

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