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Forscher der Universität Carlos III In Madrid (UC3M) haben sie ein neues System entwickelt, das die Positionierung konventioneller GPS in städtischen Umgebungen bis zu einem 90 Prozent und die zu sehr geringen Kosten in jedes Fahrzeug integriert werden kann.

Das System basiert auf sensorische Fusion, wurde von den Gruppen gemeinsam entwickelt und entwickelt Angewandte künstliche Intelligenz (GIAA) und Labor für intelligente Systeme (LSI) der UC3M. Der Prototyp integriert das Signal eines konventionellen GPS mit denen anderer Sensoren (Sauermesser und Gyroskope), um die Fehlermarge in der Lage zu verringern. "Wir haben es geschafft, die Positionierung eines Fahrzeugs in kritischen Fällen zwischen 50 und 90 Prozent zu verbessern, je nach Grad des Signalabbaus und der Zeit, die die Degradation des GPS-Rezeptors beeinflusst," sagt David Martin, LSI-Forscher.

Die Fehlermarge eines kommerziellen GPS, wie sie in Autos verwendet werden, ist von einigen 15 Meter auf freiem Feld, wo der Empfänger über eine breite Sicht der Satelliten verfügt. In einer städtischen Umgebung kann die Positionierung jedoch um mehr als 50 Meter verschoben werden, da die Signale in den Hindernissen z. B. in Gebäuden, Bäumen oder engen Straßen prallten. In bestimmten Fällen, wie in Tunneln, wird die Kommunikation verloren, was die Anwendung von GPS auf intelligente Verkehrssysteme erschwert, die ein hohes Maß an Sicherheit erfordern. "Zukünftige Anwendungen, die von der Technologie profitieren werden, die wir derzeit untersuchen, sind die Zusammenarbeit zwischen Fahrzeugen, automatische Manöver für die Sicherheit von Fußgängern, selbstständige Fahrzeuge oder die Vermeidung von Kollisionen zwischen Fahrzeugen," so die Wissenschaftler.

Das größte Problem eines kommerziellen GPS in städtischen Umgebungen ist der Signalverlust aller Satelliten. "Diese Wirkung tritt ständig auf, aber die kommerziellen Empfänger lösen sie teilweise, indem sie sich auf Stadtkarten stützen, die versuchen, das Fahrzeug an einem ungefähren Punkt zu positionieren," sagt David Martin. "Diese Geräte können den Fahrer des Fahrzeugs ungefähr dort angeben, aber sie können nicht als Informationsquelle in einer Anwendung intelligenter Verkehrssysteme verwendet werden, wie wir sie nennen." Mit dem neuen Prototyp, den sie entwickelt haben, konnte eine Positionierung des Fahrzeugs zwischen 1 und 2 Metern in städtischen Umgebungen sichergestellt werden.

Sensorenkombination

Die grundlegenden Elemente, aus denen sich dieses System zusammensetzt, sind ein GPS und eine kostengünstige Inertial Messeinheit (IMU). Letzteres umfasst drei Beschleunigungsmesser und drei Kreisel, um die Geschwindigkeitsschwankungen und das Manövrieren des Fahrzeugs zu messen. Danach wird alles an einen Computer angeschlossen, der über eine Anwendung verfügt, die mit der Zusammenführung der Daten und der Korrektur des Fehlers in den geografischen Koordinaten beauftragt ist. "Diese Software stützt sich auf eine Architektur, die Kontextinformationen und einen leistungsstarken Algorithmus (Unscented Kalman Filter) verwendet, der die sofortigen Abweichungen, die durch den Verlust der empfangenen Signale am GPS-Empfänger oder den vollständigen oder teilweisen Verlust der Satelliten verursacht werden, beseitigt," erklärt Enrique Martí von der UC3M.

Derzeit verfügen die Forscher über einen Prototyp, der in alle Fahrzeugtypen integriert werden kann. Tatsächlich ist es bereits an Bord des IVVI (Intelligentes Fahrzeug, das auf Visual Information basiert) in Betrieb, einem echten Auto, das zu einer Forschungs- und Versuchsplattform für Lehrer und Schüler der Universität geworden ist. Das Ziel der LSI-Forscher der UC3M, die an diesem "intelligenten Auto" arbeiten, ist es, alle Informationen auf der Straße zu erfassen und zu interpretieren, die wir beim Fahren verwenden. Dazu nutzen sie optische, Infrarot- und Laserkameras, um festzustellen, ob wir die Straßenlinien verlassen, ob es Fußgänger auf der Fahrzeugbahn gibt, die Geschwindigkeit an Verkehrssignale anzupassen oder sogar den Schläfrigkeitszustand des Fahrers in Echtzeit zu analysieren.

Der nächste Schritt, den diese Forscher unternehmen wollen, besteht darin, die Möglichkeit zu untersuchen, ein System zu entwickeln, das die in den Smartphones integrierten Sensoren nutzt. Das Smartphone verfügt über mehr als ein Dutzend Sensoren wie Beschleunigungsmesser, Gyroskop, Magnetometer, GPS oder Kameras sowie z.B. WiFi-, Bluetooth- oder GSM-Kommunikation. "Wir arbeiten jetzt an der Integration dieses Datenfusionssystems in ein Mobiltelefon," sagt Enrique Martí, "damit er in der Lage ist, alle Messungen seiner Sensoren zu integrieren, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, das wir jetzt erzielen, und zu einem noch viel geringeren Preis, denn es ist etwas, das fast jeder in seiner Tasche tragen kann."

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Weitere Informationen:

Titel: Context-Aided Sensor Fusion for Enhanced Urban Navigation

Autoren: Heinrich David Martí, David Martin, Jesus García, Arthur de la Treppe, José Manuel Molina, José María Armingol

Quelle: SENSORS Volumen: 12 Anzahl: 12 Seiten: 16802-16837 Dezember 2012

DOI: 10.3390/s121216802 ISSN: 1424-8220

Bild: Ein neues Sensorfusionssystem. / UC3M-Quelle

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