Wie dein Handy weiß, wo es ist

01 Richtung

Richtung und Position sind zwei verschiedene Dinge

Richtung ist, wohin du schaust: Norden, Osten, 40 Grad. Position ist, wo du bist: ein Punkt auf der Erde.

Ein Kompass beantwortet die erste Frage und weiß nichts von der zweiten.
Ein Satellitenempfänger beantwortet die zweite und weiß nichts von der ersten.

Tarrow braucht beides, und noch eins: wo der Ort ist. Zwei dieser drei Dinge kommen aus den Sensoren des Handys. Das dritte reist im Link mit.

Die technische Fassung

Die Blickrichtung (Heading) wird im Uhrzeigersinn von Norden gemessen, 0 bis 360 Grad. Die Peilung (Bearing) ist die Richtung von deiner Position zum Ziel, auf derselben Skala. Der Pfeil zeigt die Differenz: Peilung minus Blickrichtung. Schaust du nach 40° und liegt der Ort bei 75°, steht der Pfeil 35° rechts.

Magnetisch Nord und geografisch Nord unterscheiden sich um die Deklination, die vom Ort abhängt. Handys korrigieren sie, sobald sie eine Position haben; die Richtung, die ein Browser meldet, ist dann geografisch Nord.

02 Blickrichtung

Wie das Handy weiß, wohin es schaut

Ein klassischer Kompass ist eine magnetisierte Nadel, die sich am Erdmagnetfeld ausrichtet. Das Handy hat dasselbe als Chip: ein Magnetometer. Allein ist es nervös: Metall, Magnete, eine Autokarosserie, eine Hülle mit Verschluss ziehen daran.

Deshalb vertraut das Handy ihm nicht allein:

das Magnetometer spürt das Feld,
das Gyroskop misst, wie schnell sich das Handy dreht,
der Beschleunigungssensor misst Schwerkraft und Neigung,
das Betriebssystem verschmilzt die drei zu einer ruhigen Blickrichtung.

Mit dieser Zahl dreht sich der Pfeil.

Die technische Fassung

Der Browser liefert pro Sensortakt eine Richtung. Tarrow behält ein kurzes Fenster der letzten Werte und bildet ihren kreisförmigen Mittelwert, nach Alter gewichtet, damit ein einzelner Ausreißer den Pfeil nicht ruckt und der Übergang über Norden ihn nicht einmal herumdreht. Ein Wert mit schlechter Genauigkeit zählt weniger.

Die Kalibrierung ist Sache des Betriebssystems: die Achterbewegung gibt ihm einen frischen Blick auf das Feld. Tarrow zeigt einen Hinweis, wenn die Richtung unzuverlässig ist, statt so zu tun als nicht.

03 Position

Wie das Handy weiß, wo es ist

Satelliten wissen nicht, wo dein Handy ist, und das Handy fragt sie nicht. Jeder Satellit sendet, ständig, seine genaue Position und die genaue Uhrzeit. Dein Handy hört mehreren gleichzeitig zu.

Funk reist mit Lichtgeschwindigkeit; ein Signal, das einen winzigen Bruchteil einer Sekunde früher losgeschickt wurde, kommt von weiter her. Aus diesen Unterschieden berechnet das Handy

seine Entfernung zu jedem Satelliten,
und aus mehreren Entfernungen seine eigene Position.

Es sendet nichts. Es hört nur zu.

Die technische Fassung

Das Verfahren heißt Trilateration, nicht Triangulation: Entfernungen, keine Winkel. Vier Satelliten reichen im Prinzip, weil die Uhr des Handys die vierte Unbekannte ist. Heutige Handys hören mehrere Systeme zugleich: GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou.

Echte Handys nutzen außerdem Hilfe:

Das Netz kann Satellitenbahnen liefern, damit die erste Position in Sekunden statt Minuten steht.
Bekannte WLANs und Funkmasten geben drinnen eine grobe Position.

Diese Hilfe macht es schneller und robuster. Sie ist nicht das, was die Position berechnet.

04 Nicht dasselbe

GPS ist nicht das Internet

Satellitenortung und mobile Daten sind zwei verschiedene Systeme. Das eine ist ein Funk, dem das Handy nur zuhört. Das andere ist ein Netz, mit dem das Handy spricht. Ein Handy ohne Balken hört die Satelliten trotzdem.

Karten-Apps brauchen das Internet aus anderen Gründen:

Kartenkacheln,
Routen,
Verkehr,
Suche.

Die Position selbst nicht. Deshalb arbeitet eine Pfeilseite auf dem Feld oder auf dem Festival weiter, wo das Netz aufgegeben hat.

Die technische Fassung

Tarrows Pfeilseite braucht das Netz einmal, zum Laden. Danach fragt sie das Handy über die Schnittstellen des Browsers nach Position und Richtung und rechnet alles auf dem Gerät. Es gibt keinen Server, der deine Position bekommt, weil es nichts gäbe, was er damit tun sollte.

Ehrliche Grenzen:

Die erste Satellitenposition drinnen kann ohne Hilfsdaten dauern.
Eine Adresse oder einen Kartenlink nachzuschlagen braucht das Netz in dem Moment, in dem du es tust.

Sobald der Ort ein Zahlenpaar ist, nicht mehr.

05 Privatsphäre

Zu wissen, wo du bist, heißt nicht, es jemandem zu sagen

Ortung ist: Das Handy bestimmt seine eigene Position. Tracking ist: Ein System zeichnet diese Position über die Zeit auf und knüpft sie an dich. Das Erste passiert im Gerät. Das Zweite braucht jemanden, der sie irgendwohin schickt.

Ein Handy kann genau wissen, wo es ist, während es sonst niemand weiß.

Auf dieser Linie ist Tarrow gebaut: Der Pfeil wird auf dem Handy berechnet, und deine Position verlässt es nie.

06 Ein Ort

Ein Ort, viele Schreibweisen

Ein Punkt auf der Erde hat eine Position und viele Namen dafür. Dezimalgrad, Grad und Minuten, ein Plus Code, eine Adresse, ein Kartenlink: Das sind keine verschiedenen Orte. Es sind verschiedene Schreibweisen desselben.

Tarrow liest sie alle und behält die eine, die sich nie ändert: das Zahlenpaar.

Die technische Fassung

Der Breitengrad läuft von −90 am Südpol bis +90 am Nordpol, der Längengrad von −180 bis +180 beiderseits von Greenwich. Fünf Nachkommastellen sind etwa ein Meter.

Ein Plus Code teilt die Erde in ein Raster und benennt eine Zelle mit Buchstaben, mit jedem Paar feiner; ein zehnstelliger Code ist eine Zelle von 14 mal 14 Metern, und er funktioniert dort, wo Straßen keine Namen haben.

Dezimalgrad: 50.11047, 8.68166
Grad, Minuten, Sekunden: 50°6′37,7″ N, 8°40′54,0″ E
Plus Code: 9F2C4M6J+5M
Adresse: Römerberg 27, 60311 Frankfurt
Tarrow-Link: tarrow.dev/compass?lat=50.11047&lon=8.68166

07 Genauigkeit

Warum der Punkt wandert

Eine Position ist eine Schätzung mit einem Radius darum, kein mathematischer Punkt.

Freier Himmel: ein paar Meter.
Zwischen hohen Häusern, unter Bäumen, drinnen: Dutzende Meter, weil Signale abprallen.

Der Punkt auf einer Karte wandert aus demselben Grund.

Tarrow zeigt die Entfernung auf den Meter, geht mit den letzten Metern aber vorsichtig um. Angekommen heißt es bei 20 Metern, nicht bei null, weil die Schätzung bei null genauso gut hinter dir liegen kann wie vor dir.

Die technische Fassung

Die App kennt vier Entfernungszonen:

weit,
nah ab 100 m,
dicht ab 50 m,
hier ab 20 m.

Eine Zone zu verlassen braucht mehr Entfernung als sie zu betreten, 125, 62 und 25 Meter, damit eine Position, die um eine Grenze zittert, das Instrument nicht flackern lässt. Dasselbe Prinzip wie bei einem Thermostat.

08 Der Pfeil

Aus zwei Koordinaten wird ein Pfeil

Deine Position, die Position des Orts: Aus diesen zwei Paaren berechnet das Handy die Luftlinie und die Peilung zum Ort. Dann nimmt es die Blickrichtung aus den Sensoren, zieht sie ab und dreht den Pfeil um das, was übrig bleibt. Sechs Schritte, alle auf dem Gerät, viele Male pro Sekunde.

Die Linie ist gerade. Sie weiß nichts von Straßen, Flüssen, Zäunen oder Treppen. Das ist kein Mangel, den es zu beheben gilt; es ist die Idee.

Richtung ist keine Route. Der Pfeil zeigt, wo der Ort ist; der Weg ist deiner.

Die technische Fassung

Die Entfernung ist die Großkreisdistanz auf einer Kugel mit 6.371 km Radius, die Haversine-Formel. Die Peilung ist die Anfangspeilung aus denselben zwei Punkten: atan2 der Ostkomponente gegen die Nordkomponente. Über ein paar Kilometer täte es auch eine flache Näherung; die sphärische kostet nichts und stimmt überall.

Die Drehung ist Peilung minus Blickrichtung, normiert auf −180 bis 180, damit der Pfeil immer den kurzen Weg dreht. Die angezeigte Drehung läuft über ±180 hinaus weiter, damit ein Übergang über Norden nie einmal herumdreht.

09 Spüren

Richtung, die du spüren kannst

In der App kann das Handy die Richtung an deine Hand geben. Dreh dich auf der Stelle:

Solange der Ort seitlich liegt, ist das Handy still.
Innerhalb von 20 Grad: langsame Impulse.
Innerhalb von 8 Grad: schnelle, kräftige Impulse.

Du hörst auf zu drehen, wo es einrastet, und gehst mit dem Blick auf der Welt. Es ist das Metalldetektor-Gefühl, angewandt auf eine Richtung.

Der Bildschirm ist noch da. Du brauchst ihn nur weniger.

10 Alles zusammen

In einer Zeichnung

Satelliten geben dem Handy seine Position.
Drei Sensoren geben ihm seine Blickrichtung.
Der Link gibt ihm den Ort.

Im Handy werden diese drei zu einer Peilung und einer Entfernung, Peilung und Blickrichtung werden zum Pfeil, und der Pfeil kann zu einem Impuls in deiner Hand werden. Das Netz kommt nur dort vor, wo du etwas nachschlägst.

Am Ende

Drei Fragen

Wo bin ich?Wohin schaue ich?Wo ist der Ort, den ich erreichen will?

Da lang. So weit.

Ein paar Satelliten, ein paar Sensoren, zwei Koordinaten, und ein Pfeil, der dorthin zeigt, wo du wirklich hinwillst.

Schick jemandem einen Ort

Kostenlos, im Browser. Die Vibration und die gespeicherten Orte sind in der App.