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In städtischen Umgebungen kann die Nutzung von GPS schnell zu einem frustrierenden Erlebnis werden. Viele Menschen sind es gewohnt, dass der kleine Punkt auf der Karte zuverlässig die eigene Position anzeigt. Doch in dicht bebauten Städten scheint dieser Punkt oft von einem Ort zum anderen zu springen, obwohl man sich gleichmäßig fortbewegt. Dieser Effekt tritt auf, weil die hohen Gebäude die Signale der Satelliten reflektieren und damit die Präzision der Positionsbestimmung beeinträchtigen. Für autonome Fahrzeuge stellt dies ein erhebliches Problem dar, da sie auf präzise Standortinformationen angewiesen sind, um sicher zu navigieren. Forscher der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) haben sich dieser Herausforderung angenommen und eine Lösung entwickelt.
Die Herausforderung der urbanen Schluchten
Ardeshir Mohamadi, ein Doktorand an der NTNU, erklärt, dass Städte für die Satellitennavigation eine besondere Herausforderung darstellen. Hohe Gebäude und Glasfassaden reflektieren die Signale der Satelliten, was zu Ungenauigkeiten in der Positionsbestimmung führt. Diese städtischen Umgebungen werden oft als „urbane Schluchten“ bezeichnet, da sie die Signale der Satelliten ähnlich wie Felswände in einem tiefen Canyon zurückwerfen.
Für autonome Fahrzeuge bedeutet dies, dass die Genauigkeit der Positionsdaten entscheidend ist. Eine unsichere Navigation kann zu gefährlichem Fahrverhalten führen, während eine präzise Standortbestimmung die Grundlage für sicheres und zuverlässiges Fahren bildet. Das Team um Mohamadi hat daher das System „SmartNav“ entwickelt, das speziell für die Herausforderungen in urbanen Schluchten konzipiert wurde.
Kombination verschiedener Technologien
Die Forscher an der NTNU haben erkannt, dass die alleinige Nutzung der Satellitensignale nicht ausreicht, um die notwendige Präzision in städtischen Umgebungen zu gewährleisten. Daher haben sie mehrere Technologien kombiniert, um die Signale zu korrigieren. Ein Bestandteil dieser Lösung ist die Zusammenarbeit mit Google, das 3D-Modelle von Gebäuden in fast 4000 Städten weltweit erstellt hat.
Diese Modelle helfen dabei, vorherzusagen, wie die Satellitensignale von den Gebäuden reflektiert werden. Google kombiniert diese Informationen mit Daten aus Sensoren, WLAN-Netzen und Mobilfunknetzen, um präzisere Positionsschätzungen zu ermöglichen. Diese Herangehensweise hilft, das Phänomen zu vermeiden, bei dem es so aussieht, als ob man auf der falschen Straßenseite läuft.
Präzision durch Wellenanalyse
Ein weiterer innovativer Ansatz der Forscher ist die Nutzung der Trägerphase der Satellitenwellen. Anstatt sich auf den Code der Signale zu verlassen, analysieren sie die Eigenschaften der Wellen selbst. Diese Methode kann eine sehr hohe Genauigkeit bieten, erfordert jedoch, dass der Empfänger für mehrere Minuten stillsteht, was in der Praxis nicht immer umsetzbar ist.
Eine alternative Lösung bietet das PPP-RTK-System (Precise Point Positioning – Real-Time Kinematic), das präzise Korrekturen mit den Satellitensignalen kombiniert. Dieses System wird vom europäischen Galileo-Satellitennetzwerk unterstützt und bietet Korrekturen kostenlos an, was es auch für den Massenmarkt attraktiv macht.
Ergebnisse und zukünftige Anwendungen
Die Kombination dieser Technologien und Korrektursysteme hat beeindruckende Ergebnisse geliefert. In Tests auf den Straßen von Trondheim erreichten die Forscher eine Genauigkeit von besser als zehn Zentimetern in 90 Prozent der Fälle. Diese Präzision ist für den Einsatz in Städten ausreichend und könnte die Grundlage für die breite Einführung autonomer Fahrzeuge legen.
Das System ist nicht nur für professionelle Anwendungen geeignet, sondern auch für den allgemeinen Gebrauch. Durch die Nutzung von PPP-RTK können die Kosten für die Implementierung drastisch gesenkt werden, was die Technologie für eine breite Masse zugänglich macht.
Die Entwicklungen der Forscher an der NTNU zeigen, dass es möglich ist, die Herausforderungen der städtischen GPS-Navigation zu meistern. Die Frage bleibt jedoch, wie schnell solche Technologien großflächig implementiert werden können und welche weiteren Innovationen in diesem Bereich zu erwarten sind. Wie wird sich die Präzision der GPS-Navigation in den kommenden Jahren weiterentwickeln?
