Die Gesamtdistanz eines Laufs misst eine GPS-Laufuhr ziemlich genau, wenn der Himmel frei ist. Auf einer Laufbahn oder einer offenen Strecke liegen moderne Uhren in Studien meist nur wenige Prozent daneben. Im Wald und zwischen hohen Gebäuden kann die Abweichung deutlich größer sein. In einer Schweizer Validierungsstudie waren es bis zu etwa 9 %. Bei der Pace gibt es einen großen Unterschied: Die durchschnittliche Pace über einen ganzen Lauf ist meist brauchbar. Die Live-Pace von Sekunde zu Sekunde schwankt dagegen spürbar.

Im Folgenden erfährst du, woher die Fehler kommen, was die Forschung zeigt und wie du deine Daten sinnvoll liest.

So berechnet deine Uhr Distanz und Pace

Eine Laufuhr misst die Strecke nicht direkt. Sie bestimmt regelmäßig deine Position, oft einmal pro Sekunde, und verbindet die Punkte zu einer Linie. Daraus berechnet sie die Distanz. Die Pace ergibt sich aus Zeit geteilt durch Distanz.

Jeder einzelne Positionspunkt hat eine gewisse Unschärfe. Laut der US-Regierungsseite GPS.gov sind GPS-fähige Smartphones unter freiem Himmel typischerweise auf etwa 4,9 Meter genau. In der Nähe von Gebäuden, Brücken und Bäumen wird die Genauigkeit schlechter. GPS.gov nennt außerdem diese Einflussfaktoren:

  • die Anordnung der Satelliten am Himmel
  • Abschattung des Signals
  • atmosphärische Bedingungen
  • Bauart und Qualität des Empfängers

Die Zahl bezieht sich auf Smartphones, nicht speziell auf Laufuhren. Sie zeigt aber die Größenordnung: Jeder Punkt kann um einige Meter danebenliegen.

Warum das für die Distanz wichtig ist:

  • Abgeschnittene Kurven: Zwischen zwei Messpunkten zieht die Uhr eine gerade Linie. In vielen Kurven und Serpentinen fällt die gemessene Strecke dadurch oft zu kurz aus.
  • Zickzack-Linie: Springen Punkte bei schlechtem Signal hin und her, kann die Strecke dagegen zu lang werden.
  • Glättung durch die Software: Hersteller filtern die Rohdaten. Wie genau sie das tun, legen sie meist nicht offen.

Was Studien zur Genauigkeit zeigen

Bahn, Stadt und Wald im Vergleich

Die ausführlichste frei zugängliche Studie zu diesem Thema stammt von Gilgen-Ammann, Schweizer und Wyss (2020, JMIR mHealth and uHealth). Sie arbeiten an der Eidgenössischen Hochschule für Sport Magglingen. Getestet wurden acht Uhren von Apple, Coros, Garmin, Polar und Suunto. Die Messungen fanden auf einer 400-m-Bahn, in einer Innenstadt und im Wald statt, jeweils beim Gehen, Laufen und E-Bike-Fahren. Als Referenz diente ein Messrad.

Die mittlere absolute Abweichung lag je nach Umgebung so:

Umgebung Mittlere absolute Abweichung Richtung des Fehlers
Laufbahn (offen) 0,9 % bis 4,1 % meist zu lang
Stadt (enge Straße, hohe Gebäude) 3,9 % bis 8,9 % meist zu kurz
Wald (Bäume, Steigungen) 3,5 % bis 8,5 % bei allen Uhren zu kurz

Weitere Ergebnisse:

  • Über alle Bedingungen lag die Abweichung je nach Uhr zwischen 3,2 % und 6,1 %.
  • Beim Laufen war der Fehler bei sechs von acht Uhren größer als beim Gehen oder Radfahren. Die Autorinnen und Autoren vermuten den Armschwung als Ursache.
  • Regen ging bei drei Uhren mit größeren Fehlern einher.
  • Die Autoren vermuten, dass Hersteller Distanzen automatisch nach oben korrigieren, um Verluste in abgeschatteten Gebieten auszugleichen. Das könnte erklären, warum die Uhren auf der offenen Bahn eher zu viel anzeigten. Es handelt sich dabei um eine Vermutung, nicht um ein belegtes Ergebnis.

Grenzen dieser Studie:

  • Es gab nur eine Testperson.
  • Mehrere Uhren wurden gleichzeitig getragen.
  • Polar hat die Studie teilweise finanziert und die Geräte gestellt. Laut den Autoren hatte Polar keinen Einfluss auf Daten und Auswertung.
  • Die getesteten Modelle sind von 2018 und 2019. Neuere Uhren mit Multiband-GPS könnten besser abschneiden. Eine vergleichbare unabhängige Studie mit aktuellen Modellen konnten wir für diesen Artikel nicht prüfen.

Ultramarathon: geringe Fehler über lange Strecken

Eine Studie von Johansson et al. (2020, International Journal of Sports Science & Coaching) hat GPS-Uhren beim 56-km-Lauf der Two Oceans Marathon in Südafrika ausgewertet. Die Uhren lagen im Median zwischen 0,6 % und 1,9 % neben der offiziellen Distanz. Smartphones zeigten in Teilen des Rennens größere Fehler als die meisten Uhren. In einem allgemein verständlichen Beitrag auf dem TrainingPeaks-Blog erklärt Studienautorin Rebecca Johansson, dass Steigungen, Kurven und Baumbestand die GPS-Genauigkeit verschlechtern können.

Dieselbe Uhr, dieselbe Strecke, unterschiedliche Werte

Eine Arbeit zu Garmin-Forerunner-Uhren auf einer immer gleichen Route (arXiv, 2022) fand, dass alle drei getesteten Uhren deutlich von der besten Schätzung der tatsächlichen Streckenlänge abwichen. Ein Modell zeichnete mehr als 70 Meter mehr auf als die anderen beiden, also knapp 1,3 %. Dieser Text ist ein Preprint. Er ist also nicht zwingend von unabhängigen Fachleuten begutachtet.

Was sich daraus ableiten lässt

Die Studien zeigen zusammen: Unter freiem Himmel liegt der Fehler meist bei wenigen Prozent. In Stadt und Wald kann er auf 5 bis 9 % steigen. Dort zeigen die Uhren häufig eine zu kurze Strecke an. Die Ergebnisse gelten aber nur für die getesteten Modelle und Bedingungen. Wie genau deine eigene Uhr misst, hängt von Modell, Firmware, Einstellungen und Strecke ab.

Warum die Live-Pace so stark schwankt

Die Live-Pace beruht auf sehr kurzen Abschnitten. Liegt ein Positionspunkt ein paar Meter daneben, verändert das die berechnete Geschwindigkeit sofort deutlich. Über einen ganzen Kilometer gleichen sich solche Fehler eher aus. Deshalb gilt:

  • Live-Pace: gut als grobe Orientierung, für exakte Tempoläufe nur bedingt geeignet.
  • Runden- oder Kilometer-Pace: deutlich stabiler.
  • Durchschnitts-Pace des ganzen Laufs: so genau wie die gemessene Gesamtdistanz.

Unter Brücken, in Tunneln oder zwischen Hochhäusern kann das Signal kurz ausfallen. Dann gibt es Lücken oder Sprünge im Pace-Diagramm.

Rechenbeispiel (hypothetisch)

Annahme: Du läufst im Wald tatsächlich 10,0 km in 50:00 Minuten. Die Uhr misst die Strecke um 4 % zu kurz. Das liegt im Bereich der Waldwerte aus der Studie von Gilgen-Ammann et al.

  • Angezeigte Distanz: 9,6 km
  • Tatsächliche Pace: 5:00 min/km
  • Angezeigte Pace: 50:00 ÷ 9,6 ≈ 5:13 min/km

Ein Distanzfehler von 4 % macht die Pace bei diesem Tempo also etwa 12 bis 13 Sekunden pro Kilometer langsamer, als sie wirklich war. Für den Trainingsalltag ist das meist nicht schlimm. Wenn du aber Wettkampftempo planst, solltest du es berücksichtigen.

Warum die Uhr beim Wettkampf „zu viel“ anzeigt

Viele Läuferinnen und Läufer wundern sich, dass ihre Uhr beim Halbmarathon zum Beispiel 21,3 km statt 21,1 km anzeigt. Das muss kein GPS-Fehler sein.

Laut den Regeln von World Athletics und AIMS wird eine zertifizierte Straßenlaufstrecke entlang der kürzestmöglichen Linie vermessen, also eng an den Kurven entlang. Zusätzlich wird ein Sicherheitsaufschlag von 0,1 % eingerechnet, der sogenannte Short Course Prevention Factor. Ein 10-km-Lauf wird damit auf 10.010 m ausgelegt.

Im Rennen läuft kaum jemand exakt die Ideallinie. Du weichst anderen aus, läufst zu Verpflegungsstellen und nimmst Kurven weiter. So legst du tatsächlich mehr Strecke zurück, als offiziell vermessen wurde. Die Uhr zeigt dann eher etwas mehr an. Die offizielle Distanz bleibt trotzdem der Maßstab. Deine Endzeit gilt für diese Distanz, nicht für die Strecke auf deiner Uhr.

Was Hersteller angeben und was unabhängig belegt ist

Herstellerangaben:

  • Garmin schreibt in einem Blogbeitrag vom 19. August 2022: Unter freiem Himmel kann der reine GPS-Modus so genau sein wie der Modus mit allen Satellitensystemen plus Multiband. In Schluchten oder zwischen hohen Gebäuden braucht die Uhr dagegen alle verfügbaren Satelliten und Frequenzen. Multiband nutzt mehrere Frequenzen. Das kostet mehr Energie, hilft aber, Fehler herauszufiltern. Die automatische Auswahl „SatIQ“ wechselt laut Garmin selbst zwischen den Modi. In Garmins eigenen Tests war Multiband nur in etwa 15 % der Aktivitätszeit aktiv. Als Beispiel nennt Garmin die Akkulaufzeit der fēnix 7X Solar Sapphire: bis zu 89 Stunden mit reinem GPS und 36 Stunden mit allen Systemen plus Multiband.
  • Apple erklärt im offiziellen Support-Artikel zur Kalibrierung: Wer etwa 20 Minuten im Freien mit gutem GPS-Empfang geht oder läuft, kann die Genauigkeit von Distanz, Pace und Kalorien verbessern. Die Uhr lernt dabei deine Schrittlänge bei verschiedenen Geschwindigkeiten. Das hilft, wenn GPS eingeschränkt oder nicht verfügbar ist. Wer in verschiedenen Tempi läuft, soll laut Apple jedes Tempo etwa 20 Minuten lang kalibrieren.

Einordnung: Dass Multiband in schwierigem Gelände Vorteile haben kann, ist technisch plausibel. Die genannten Zahlen stammen aber vom Hersteller selbst. Unabhängige, begutachtete Vergleichsstudien mit aktuellen Multiband-Laufuhren in Wald und Stadt waren für diesen Artikel nicht verfügbar. Wie groß der Gewinn im Alltag ist, bleibt daher offen.

Checkliste: GPS-Daten realistisch nutzen

Diese Punkte leiten sich aus den genannten Quellen ab. Wie viel sie bei dir bringen, hängt von Uhr und Strecke ab.

  1. Vor dem Start auf das GPS-Signal warten. Starte erst, wenn die Uhr ein festes Signal meldet.
  2. Satellitenmodus passend wählen. Auf offener Strecke reicht laut Garmin oft der Standardmodus. In Stadt, Wald oder Gebirge kann Multiband oder die automatische Auswahl sinnvoll sein, soweit deine Uhr das unterstützt. Das kostet Akku.
  3. Den Bahnmodus nutzen, wenn vorhanden. Viele Uhren haben einen eigenen Modus für die 400-m-Bahn. Achte darauf, die richtige Bahn (Lane) einzustellen.
  4. Kalibrieren, wenn der Hersteller es vorsieht. Bei der Apple Watch zum Beispiel durch Läufe im Freien bei gutem Empfang. Das verbessert die Werte bei schwachem oder fehlendem GPS.
  5. Für Tempoarbeit Runden-Pace statt Live-Pace verwenden. Wenn du exakte Abschnitte laufen willst, ist die Bahn oder eine vermessene Strecke verlässlicher.
  6. Dieselbe Strecke als Vergleich nutzen. Fortschritte siehst du am besten, wenn du auf derselben Strecke unter ähnlichen Bedingungen läufst.
  7. Kleine Abweichungen gelassen sehen. Ein paar Prozent Unterschied liegen im Bereich dessen, was Studien bei Laufuhren finden.

Wann die Messfehler wirklich zählen

Für lockere Dauerläufe und den Wochenumfang reicht eine Genauigkeit von einigen Prozent in der Regel aus. Wichtiger wird sie in diesen Fällen:

  • bei kurzen Intervallen, zum Beispiel 400-m-Wiederholungen, wo schon wenige Meter einen spürbaren Unterschied bei der Pace machen
  • beim Festlegen eines Wettkampftempos anhand von Trainingsdaten aus Wald oder Stadt
  • beim Vergleich mit Freunden, die andere Uhren nutzen

Je nach Situation kann es helfen, das Tempo zusätzlich nach Gefühl oder mit anderen Werten zu steuern. Die Uhr liefert eine Schätzung, keinen geeichten Messwert.

Fazit

GPS-Laufuhren messen die Distanz unter freiem Himmel meist auf wenige Prozent genau. In Studien lagen die Abweichungen dort oft unter 2 bis 4 %. Im Wald und in der Stadt können es bis zu etwa 9 % sein, meist mit zu kurzer Strecke. Die Gesamt- und Kilometer-Pace ist daher für die meisten Trainingszwecke brauchbar. Die Live-Pace schwankt dagegen naturgemäß. Dass die Uhr beim Wettkampf mehr anzeigt, liegt oft an der Ideallinie und am Sicherheitsaufschlag bei der offiziellen Vermessung, nicht an der Uhr. Herstellerangaben zu Multiband und Kalibrierung klingen plausibel. Wie viel sie bringen, ist bei aktuellen Modellen aber noch kaum unabhängig untersucht.

Quellen