Explorbit

Dokumenation der interaktiven Satellitenkarte „Explorbit“ im Kurs „Google Maps and beyond“ bei Sebastian Meier im Sommersemester 2014.

Für die Lesefaulen: [Explorbit hier testen](http://www.benschmitt.de/fhp/sat/ „Prototyp“).

Idee

Jeder von uns blickt ab und an hinauf in einen wolkenlosen Nachthimmel und wundert sich, wie unendlich weit weg der ein oder andere Stern wohl ist. 50 Lichtjahre oder 5000?

Seltener macht man sich Gedanken um die Satelliten, die unsere Erde umkreisen. Außer der ISS, die für uns Deutsche gerade wieder interessant ist, weil Alexander Gerst an Bord ist, oder dem Hubble Teleskop kennt man auch kaum Satelliten.

Das Ziel: Eine einfach zu lesende Satellitenkarte, die online und interaktiv ist und mit Livedaten funktioniert.

Herausforderung

Das größte Problem bei der Darstellung von Satelliten ist die Entfernung von der Erde („Höhe“). Die meisten bereits vorhandenen Satellitenkarten lassen diese Information entweder komplett weg, oder lösen es, indem sie eine 3D-Darstellung der Erde als Karte verwenden, was jedoch im Bezug auf den aktuellen Ort und die Flugbahn des Stalliten extrem ungenau ist.

Weil wir mit unserer Karte aber sowohl Entfernung von der Erde, gegenwärtigen Ort und Flugbahn der einzelnen Satelliten mit hoher Genauigkeit darstellen wollten, entschieden wir uns für deine 2D-Darstellung.

Wie stellt man aber in einer 2D-Karte Höhen, also eine Z-Achse, dar? Wir untersuchten dazu mit Mockups verschiedene Ansätze, jedoch waren diese entweder nicht aussagekräftig genug, oder es entstand durch die Darstellung wieder ein „künstlicher“ 3D-Raum zwischen der Karte und dem Betrachter, und dies wollten wir vermeiden.

Differenzierung der Höhen nur mit Farbe

Differenzierung der Höhen durch Farbe und Größe

Differenzierung durch Schärfe/Unschärfe

Darstellung der Höhen durch senkrechte Linien über der tatsächlichen Position

„Stecknadel“-Prinzip

Papierprototyp

Die tatsächliche Lösung unseres „Höhen-Problems“ erhielten wir, indem wir einen Papierprototypen bastelten (siehe Foto) und diesen drehten und wendeten. Damit fanden wir heraus, dass man zu einer wirklich aussagekräftigen Höhendarstellung die 2D-Karte quasi „kippen“ muss, und somit die Satelliten „von der Seite“ betrachten kann.

Dies stellt einen zweiten Modus unserer Karte dar, den wir allerdings bisher noch nicht implementieren konnten.

Ästhetik

Die visuelle Ästhetik unserer Karte wollten wir gerne an klassische 2D-Karten anlehnen, wie man sie aus Atlanten kennt. Diese Darstellung erzählt von dem Zeitpunkt, als jeder von uns sich in der Schule zum ersten mal intensiver mit unserer Erde beschäftigt hat. Wenn Betrachter unserer Karte sich damit zum ersten mal eingehender mit Satelliten beschäftigen, wollen wir gerne an diesen Zeitpunkt anknüpfen.

Daten

Zu Beginn des Projektes recherchierten wir bereits vorhandene Webseiten mit „Satelliten-Visualisierungen“ und untersuchten sie u.a. auf ihre Datenquellen.

Die Mehrzahl dieser Seiten nutzt die Daten von Space-Track.org. Space-Track.org wird vom Air Force Space Command der Vereinigten Staaten betrieben, welches die Satelliten-Daten kontinuierlich aktualisiert. Die Daten auf Space-Track.org sind nach Registrierung jedem zugänglich; darüber hinaus stellt Space-Track.org die Daten auch über eine gut dokumentierte API zur Verfügung. Es werden jedoch nicht alle Satelliten zur Verfügung gestellt. Der Datensatz enthält z.B. keine militärischen oder Spionage-Satelliten. Insgesamt werden aber alle jemals gestarteten Satelliten in verschiedenen Datensätzen zur Verfügung gestellt.

Man erhält Meta-Daten, wie das Launch-Datum, den Launch-Ort, Art des Satelliten, Umlaufzeit, Höhe und das Land bzw. Unternehmen als Zugehörigkeit. Wesentlich wichtiger ist jedoch der TLE-Datensatz (Two Line Element). Es handelt sich dabei um einen zweizeiligen Zahlencode, mit dessen Hilfe sich die genaue Position im Orbit, die Umlaufbahn, die Höhe und die Geschwindigkeit zu jedem beliebigen Zeitpunkt eines Satelliten berechnen lässt:

TLE

ISS (ZARYA)
1 25544U 98067A 14138.13064128 .00021309 00000-0 37588-3 0 3120 2 25544 51.6492 248.5821 0002905 11.5367 49.1924 15.50334923886666

Der TLE-Code muss immer wieder aktualisiert werden, da sich die Umlaufbahn der Satelliten verändern kann, z.B. durch Erd-/Mondanziehung oder Schubdüsen zur Korrektur.

Wir haben die verschiedenen Datensätze von Space-Track.org zusammengeführt und miteinander verknüpft, um z.B. Filterungen zu ermöglichen oder Verbindungen aufzuzeigen, und weitere Daten anhand der Meta- und TLE-Daten berechnet, z.B. das Alter der Satelliten.

Entwicklung & Prototyp

Wir waren mit den bereits existierenden Satellitenbeobachtungs-Webseiten sowohl in der Funktion, Interaktion als auch im Design nicht zufrieden und wollten der Community eine andere Lösung bereitstellen. Daher entschieden wir uns für einen funktionsfähigen Prototypen.

Für die Karte griffen wir auf Mapbox zurück und haben eine in TileMill erstellte Karte verwendet. Für die Programmierung der Interaktionen und Visualisierung auf der Karte nutzten wir überwiegend die Leaflet API. Im Zusammenspiel mit Javascript (jquery) entwickelten wir die weiteren Funktionen.

Zu Beginn stellte uns aber die Datenaufbereitung vor eine größere Herausforderung. Glücklicherweise haben wir das Javascript von Shashwat Kandadai (https://github.com/shashwatak/satellite-js) gefunden, mit dessen Hilfe wir unsere TLE-Daten in GPS Positionen umwandeln konnten. Durch eigene Javascript-Funktionen haben wir noch weitere Informationen, wie die Geschwindigkeit oder die täglichen Umlaufbahnen berechnet.

Bei der Entwicklung sind an verschiedenen Stellen Probleme entstanden, welche wir durch Tipps von Sebastian Meier und Recherche aber lösen konnten. Für die Umsetzung des „3D-Kipp-Effektes“ für die Höhendarstellung haben wir allerdings noch keine funktionierende Lösung gefunden. Für die Höhenfilterung nutzen wir momentan noch Highcharts (http://www.highcharts.com), womit die Höhendarstellung als Graph und die einzelne Auswahl von Satelliten schon möglich ist.