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Infotainment Neues System verbessert GPS-Navigation um 90 Prozent

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Wissensschaftler an der Universität Carlos III in Madrid (UC3M) haben ein System entwickelt, das die Genauigkeit herkömmlicher GPS-Navigation um bis zu 90% verbessern und das sich zudem sehr kostengünstig in jedem beliebigen Fahrzeuge installieren lassen soll.

Soll die Genauigkeit herkömmlicher GPS-Navigation um bis zu 90% verbesser: das System der Forscher der Universität Carlos III Madrid
Soll die Genauigkeit herkömmlicher GPS-Navigation um bis zu 90% verbesser: das System der Forscher der Universität Carlos III Madrid
(Bild: UC3M)

Das System der spanischen Forscher, das auf der Auswertung der Messdaten mehrerer Sensoren basiert, wurde ursprünglich von Wissenschaftlern der Gruppe für angewandte künstliche Intelligenz (GIAA – Grupo de Inteligencia Aplicada Artificial) und des Labors für Systemintelligenz (LSI – Laboratorio de Sistemas Inteligentes) der UC3M entwickelt.

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Der Prototyp nutzt zwar ebenfalls das herkömmliche GPS-Signal, wertet aber darüber hinaus auch die Messdaten mehrerer zusätzlicher Sensorsysteme wie Gyroscope und Beschleunigungssensoren aus, um eine möglichst genaue Navigation zu ermöglichen.

Bis zu 90% genauere Positionsbestimmung

„Uns ist es gelungen, die Genauigkeit der Positionsbestimmung in kritischen Fällen um 50 bis 90 Prozent zu verbessern – je nach Grad und Dauer einer Störung der GPS-Signale“, berichtet LSI-Wissenschaftler David Martin.

Ohne Satellitenverbindung fällt das GPS aus

Mit herkömmlichen GPS-Navigationsgeräten wie sie in Autos eingebaut werden, lässt sich die Position bei idealen Varaussetzungen auf etwa 15 m genau ermitteln, also bei freier Sicht zu mehreren GPS-Satelliten. Im städtischen Umfeld jedoch, wo die Signale der GPS-Satelliten von hohen Gebäuden, Brücken oder Bäumen abgeschirmt oder abgelenkt werden, können es gut und gerne auch einmal 50 m sein. In Extremfällen wie Tunnels reißt die Satellitenverbindung sogar völlig ab, was eine GPS-Navigation unmöglich macht.

Mehr Sicherheit für Fußgänger

„Zukünftige Anwendungen werden von der Technologie profitieren, an der wir derzeit arbeiten“, erläutert Martin. „Zudem werden auch Features wie automatisches und autonomes Fahren beispielsweise die Sicherheit von Fußgängern deutlich erhöhen.“

Bis zu 1 m genau dank Beschleunigungssensoren und Gyroscopen

Das größte Problem bei derzeit verfügbaren GPS-Navigationsgeräten im Stadtverkehr ist der totale Verlust aller Satellitenverbindungen. „Das kommt im Stadtverkehr ständig vor, wobei kommerzielle Systeme dieses Problem wenigstens teilweise zu lösen versuchen, indem sie auf dem hinterlegten Stadtplan die letzte erkannten Position markieren und aus der letzten Fahrrichtung und -geschwindigkeit die Position über Extrapolation ungefähr zu ermitteln suchen,“ verdeutlicht David Martín.

„Diese Systeme können dem Fahrer aber nur in etwa sagen, wo er sich gerade befindet, da ihnen keine weiteren Daten zur Verfügung stehen. Unser System hingegen liefert auch nach Abriss aller Satellitenverbindungen exakte Bewegungsdaten mithilfe von Beschleunigungssensoren und Gyroscopen, sodass wir auch in einem solchen Extremfall e4ine Genauigkeit von ein bis zwei Metern garantieren können.“ Martin weiter.

Kombination mehrerer verschiedener Sensoren

Basis des Prototypen der Forscher sind ein GPS sowie ein Low-Cost-Beschleunigungssensorsystem (IMU – Inertial Measurement Unit). Dieses bestehtr aus drei Beschleunigungssensoren sowie drei Gyroscopen, die Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen zuverlässig erkennen und die Messdaten an den Steuercomputer des Systems weitergeben. Dieser berechnet aus der letzten via GPS ermittelten Position und den Messwerten des IMU die exakte derzeitige Position.

Leistungsfähige Software analysiert die Sensordaten

GIAA-Wissenschaftler Enrique Martí erklärt die Funktikon: „Die Software basiert auf einer Architektur und errechnet aus den gewonnenen Informationen mithilfe eines einen leistungsfähigen Algorithmus‘ mit der Bezeichnung Unscented Kalman Filter die aktuelle Position.“

Einbau in alle Fahrzeuge möglich

Der aktuelle Prototyp des Systems kann in jede beliebige Art von Fahrzeug eingebaut werden. Derzeit arbeitet es an Bord des IVVI (Intelligent Vehicle based on Visual Information), einem Auto, das den Professoren und Studenten der Universität als Plattform für Forschungs- und experimentelle Zwecke dient.

Je mehr Informationen, desto besser

Ziel der LSI-Wissenschaftler, die am „intelligenten“ Auto arbeiten, ist es, alle Informationen, die beim Fahren gewonnen werden können, zu erfassen und auszuwerten. Dafür kommen optische und Infrarot-Kameras und Laser zum Einsatz, mit deren Hilfe das Fahrzeug erkennt, ob es die vorgegebene Fahrspur verlässt oder ob sich Fußgänger auf der Straße befinden. So lässt sich auch die Geschwindigkeit des Autos an Verkehrssignale anpassen oder erkennen, wenn der Fahrer müde ist.

Das System soll in Smartphones integriert werden

Als nächstes wollen die Forscher ein System entwickeln, das die Daten der in Smartphones eingebauten Sensoren nutzt – denn davon gibt es in diesen intelligenten Telefonen etliche, etwa Beschleunigungssensoren, Gyroscope, Magnetometer, GPS und Kameras. Dazu kommen noch Kommunikationssysteme wie WiFi, Bluetooth und GSM zur Verfügung .

„Wir arbeiten derzeit an der Integration unseres navogationssystems in ein Smartphone“, erläutert Enrique Martí. „mithilfe der Smartphonesensoren kann dieses System dann ebenso genau arbeiten wie unser derzeitiger Prototyp – nur, dass es eben wesentlich kompakter und vor allem kostengünstiger sein wird.“

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