Navigation Outdoor und Indoor - Von GALILEO bis W-LAN - Robert Klarner, DLR Technologiemarketing
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Navigation Outdoor und Indoor –
Von GALILEO bis W-LAN
Robert Klarner, DLR Technologiemarketing
Folie 1
Inhaltsübersicht
Satellitennavigation:
Perspektiven mit GALILEO
Rolle des DLR
Position & Applikationen
Indoor Navigation
Ansätze
Multisensor-Navigation
Beispiele & Testergebnisse
Einsatzmöglichkeiten
Folie 2
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
DLR Innovationen – High-tech für den Markt
Kompetenzen, Technologien und Ideen aus
Luftfahrt Raumfahrt Verkehr Energie Sicherheit
für neue Anwendungen, Produkte und Dienste
Folie 3
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Satellitennavigation
Folie 4
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Europa positioniert sich
im Zeitalter der Satellitennavigation
GALILEO ist Europas Antwort auf die Megatrends
der Globalisierung, Mobilität und Umwelt. Dieses
Navigationssystem der neuen Generation dient als
Schlüsseltechnologie und Wettbewerbsfaktor.
Neben den Programmen „Airbus“ und „Ariane“ ist
GALILEO das bedeutendste paneuropäische
Gemeinschaftsvorhaben.
GALILEO steht nicht in Konkurrenz zu
weiteren Systemen wie GPS (USA),
COMPASS (China) oder GLONASS
(Russland), sondern bietet den Nutzern
eine wertvolle Erweiterung der Globalen
Satellitennavigations-Infrastruktur (GNSS).
Folie 5
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Was GALILEO leistet
Merkmale des Systems:
HOCHGENAU auf wenige Meter (bereits im Offenen Dienst)
VERLÄSSLICH dank vorrangig ziviler Ausrichtung
VERFÜGBAR in der Fläche wie in städtischen Großräumen
INTEGRIERT mit Fehlermeldung vor potenziellen Unterbrechungen
SICHER robust gegen Ausfälle, unempfindlich gegen Störungen
Technische Fortschritte:
Verfeinerte Systemzeit erstmals mit Passiver Wasserstoff-Maser Atomuhr
Konstellation aus 3 Orbitalebenen mit voraussichtlich je 10 Satelliten
Rückkanal für Positionsmeldung des navigierenden Objekts
Kompatibel & interoperabel mit GPS
Dienste für unterschiedliche Nutzer bzw. Anwendungsgebiete
Folie 6
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Rolle des DLR
Vielseitiges Engagement, insbesondere:
Bewerbung für den Systembetrieb im GALILEO
Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen durch Gesellschaft für
Raumfahrtanwendungen (GfR)
Signalverifikation der In-orbit Testträger (Giove-B sowie IOV)
Engagement in Testbeds wie GATE Berchtesgaden, SEA
GATE Rostock, aviationGATE Braunschweig sowie railGATE &
automotiveGATE bei Aachen
Mitarbeit in SatNav-Initiativen und Clustern der Länder
DLR-Spezialpreis (European Satellite Navigation Competition)
2009: „Advanced Applications for Industry and Public“
2010: „Next Generation Navigation“
Folie 7
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Themen des DLR Spezialpreises 2010:
„Next Generation Navigation“
1. Sicherheitskritische Applikationen
2. BIO ENGINEERING in der Navigation
Folie 8
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
Ideen zu Satellitennavigation & Mehr
Der DLR Spezialpreis zielt auf die nächste Generation von Technologien, Systemen und Lösungen in
der Navigation. Grundlegend neue Ideen sind ebenso gefragt wie anwendungsorientierte
Innovationen. Beteiligen können sich Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Organisationen
sowie Privatpersonen. Der Preis fokussiert sich auf die beiden folgenden Schwerpunkte:
1. SICHERHEITSKRITISCHE ANWENDUNGEN zu den exponierten Themenfeldern:
Genauigkeit und Verfügbarkeit,
Störsignale,
Sicherheitsaufgaben,
Verkehr und Transport.
2. BIO ENGINEERING in der Navigation: Gefragt sind interdisziplinäre Ideen aus Ingenieur- und
Naturwissenschaften – gerade auch der Biologie – insb. zu:
Ortungs- und Orientierungsverfahren aus der Natur und Übertragung in Anwendungen,
Neuen Ansätze zur Stützung der GNSS-Positionierung – auch ohne Infrastruktur.
Prämie ist ein DLR-Voucher über DLR-Leistungen zur Weiterentwicklung der Idee.
Beim Schwerpunkt Bio Engineering werden die besten Ideen aus Deutschland bei der DLR
Raumfahrt-Agentur zur möglichen Förderung im Rahmen eines Forschungsprojektes eingereicht.
Folie 9
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010
SatNav ist mehr als nur der Standort:
Personalisierte Applikationen punktgenau
Positionsbestimmung in Echtzeit –
nur eine von vielen Anwendungen
Von der geographischen Koordinate zur digitalen Karte
Georeferenzierung von Personen und Objekten
Grundfunktionalitäten wie Mapping, Routing, Tracking
Standort als Informationsfilter (räuml. Suchmaschine)
Verknüpfung mit kontextbezogenen Inhalten (Contents)
Kombinieren und Verschneiden von Infos & Themen
Maßgeschneiderte Location Based Services (LBS)
Individualisierung bzw. Personalisierung von Diensten
Visualisierung in 2D und 3D
Flexible, situative Nutzung mittels mobiler Endgeräte
Folie 10
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Satellitennavigation:
Unbegrenzten Nutzungschancen
GALILEO bietet Europa eine neue öffentliche Leistung
Zukunftssichere Plattform für Hersteller und Anwender
Plattform für neue Produkte, Applikationen und Dienste
Interoperabel gemeinsam mit GPS, GLONASS
Terrestrische Verstärkung: EGNOS, SAPOS, axio-net
Verbindung mit anderen Technologien
(Mobilfunk, W-LAN, RFID, mobiles Internet etc.)
Vielfältige Geschäftschancen, um
Ideen praxisgerecht umzusetzen
Nutzerbedürfnisse früh zu erkennen & zu bedienen
Innovation auch als Dienstleistung
Märkte haben Wachstumspotenzial –
und Kunden honorieren Mehrwert
Folie 11
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Indoor Navigation
Folie 12
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Ansätze zur Indoor Navigation
W-LAN: Ausbreitung der gemessenen Feldstärken der Hot Spots
Google scannt Netze (zusammen mit Street Maps Erfassung)
Verfahren in zahlreichen SmartPhones als Basisnavigation
Funkortung: Laufzeiten (Time of Flight) zwischen Transponder und Tag
RFID als der Standard in Logistik und Materialwirtschaft
Local Navigation Systems (LNS)
Umweltsensoren: Erfassung natürlicher Parameter (Luftdruck, Magnetfeld)
Altimeter (vertikale Bewegung - Stockwerke)
Kompass
Odometer (Streckenerfassung)
Inertialsensorik: IMUs detektieren die Eigenbewegung
Bewegungssensoren (Beschleunigung - Accelerometer, Drehung - Gyrometer)
MEMS (low-cost Komponenten) als Treiber für exponentielle Verbreitung
Optische Navigation: Akquisition und Tracking von sichtbaren Bildmarken (Features)
Stereokameras zur dynamischen Erfassung („Visual GPS“)
Keine Infrastruktur erforderlich, aber hohe Anforderungen an Processing
Folie 13
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Beispiel: Multisensor-Navigation mittels NavShoe
Begriff geprägt von Foxlin (USA, 2005)
Fusion aller Sensordaten sowie von GPS und Kartenmaterial zur
ergebnisorientierten, genauen Positionsbestimmung
„Kooperativer Nutzer“
Diverse Filter (Kalman, Bayes, Partikel)
Ohne externe Infrastruktur
Übergang Außen- und Innenbereich
Aktivitätsschätzung des Trägers
Lagebewusstsein im Gebäude
(„Situational Awareness“
insb. für Sicherheitsaufgaben)
Folie 14
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Robuste, verlässliche, genau Ortung im Gebäude
Indoor: GPS-Signal meist nur stark eingeschränkt bzw. nicht verfügbar
Nahtlosen Positionierung auch in schwieriger Umgebung wie z.B. Tiefgarage,
Innenbereich, tiefe Straßenschluchten mit Abschattungen (City Canyons)
Die Multisensornavigation hat besondere Bedeutung für Fußgänger
Vorteil: Ist der Schuh – und damit der Fuß des Trägers – kann nach jedem
Schritt im Ruhezustand flach auf dem Boden, so kann der Sensor rekalibriert
werden; so verringert sich der Messfehler eklatant
Daten des Inertialsensors werden nicht im Schuh selbst, sondern auf einem
mobilen Endgerät (PDA) verarbeitet; dieser ist wiederum mit GPS und ggf.
weiteren Sensoren ausgestattet
Gebäudepläne und Kartenmaterial können genutzt werden („Map assisted“)
Darstellung der aktuellen Position in Karten und Gebäudeplänen
Zusätzlich Schätzung von Bewegungsmustern wie Gehen, Rennen, Stürzen,
Sitzen (Aktivitätsschätzung; ggf. ergänzt mit Vitaldaten)
Übertragung von Position und Aktivität an einen bestimmten Personkreis
Online-Demonstration unter: http://www.kn-s.dlr/indoornav/
Folie 15
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010NavShoe Funktionalität
Tracking von Einsatzkräften (auf Personenebene)
Lagebild in Echtzeit
FootSLAM-Funktionalität (Simultanous Localization and Mapping)
in nächster Generation
Rekalibrierung, wenn der Schuh flach auf dem Boden aufsetzt
(„Zero Velocity Update“) für Offset der Drift
Folie 16
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Kartengenerierung:
Verbindung der Positionen zu Laufwegen und Gebäudegrundriss
Folie 17
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Abgeleitete Gebäudekarte im Detail
Folie 18
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Einsatz-Szenarien
Professionell:
Feuerwehr- und Rettungsaufgaben
Workforce Management in kritischen Infrastrukturen (Kraftwerken)
Sicherheit (auf Flughäfen)
Bergwerke (Tracking von Personen und Rolling Stock)
Freizeit:
Mobile bzw. Location Based Gaming
Urban Geocaching (auch in Gebäude)
Ambient Assisted Living (Monitoring)
Steuerung von Avataren (Motion Control)
Sport (Analyse Laufwege & Spielzüge)
Folie 19
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Beispiel: Optische Navigation
Bildbasierte Eigenbewegungs-
schätzung
Selbstreferenzierung über Bildverarbeitung
in Echtzeit
Merkmalbasiertes Tracking
Stützung durch ein Inertiales Mess-System
zur Erhöhung der Robustheit
Initialisierung über merkmalsbasierte
Stereobildverarbeitung
Effiziente Lageschätzung mit erweiterter
Version des Visual-GPS Algorithmus.
Folie 20
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Aufgabenorientierte Wahrnehmung
Griff in die Kiste
Exploration von Roboterarbeitszellen
(Teilweise) unbekannte 3D-Karte
Maximierung des Informationsgewinns durch
eine minimale Anzahl von Messungen
Lokalisierung in bekannter Karte
Globale, bekannte 3D-Karte
Exploration und Navigation in lokaler 3D- Karte
Mobile Exploration
Unbekannte 3D-Karte
Visuelles SLAM, Geländebewertung
Autonome Modellierung mit fliegenden Robotern
Folie 21
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Stereokamerabasierte Navigation in unebenem Terrain
Methoden Kartenerstellung aus Disparitätsbildern
Lageschätzung: Visuelle Odometrie
Kartenerstellung: Digitales Höhenmodell
Schätzung der Befahrbarkeit des Geländes
Pfadverfolgung
Schätzung der Befahrbarkeit des Geländes Bahnplanung
Digitales Höhenmodell Gefährdungswerte Kurzer Pfad Sicherer Pfad
Navigation in a priori unbekannten unebenem Terrain
Folie 22
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Testlauf durch ein Gebäude
Spezifikation:
Tragbare Navigationslösung
externer Laptop zulässig
Monokamera oder ein
Stereokamerapaar
Inertiales Messsystem mit
Beschleunigungssensoren,
Kompass und Drehratengeber
Referenzmessung:
52 exakt vermessene
Landmarken
Folie 23
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Ergebnisse
Soll-Ist-Abweichung: 0,22m auf ca. 100 m Laufstrecke
Folie 24
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Fazit: Orientierung am Ergebnis
„Nutzen, was verfügbar ist“
Kombination Sensoriken mit unterschiedlichen Stärken-/Schwächen-Profile
Laufende Evaluierung der Methoden und Verfeinerung der Algorithmen
Wechsel der Umgebung: Outdoor => Indoor => Outdoor
Rauschen von Sensoren bedingt Drift der Position
Multi-Sensor Fusion und Interpretation der Signaturen
Unterschied Echtzeit-Navigation oder Post Processing
Sinnvolle Arbeitsteilung zwischen lokaler Verarbeitung (FPGA, Embedded
Systems) und Datentransfer zur zentralisierten Berechnung
Faktoren für die Ausgestaltung von Lösungen sind:
der jeweilige Use Case
der zu betreibende Aufwand
die vorhandene Infrastruktur
die Genauigkeitsanforderungen.
Folie 25
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Vorbild für die Indoor Navigation: Der Mensch
Jeder Einzelne verarbeitet bewusst & unbewusst vielfältigste Infos
Folie 26
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Kontakt:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Robert Klarner
Technologiemarketing
Regionalbüro Oberpfaffenhofen
Tel.: +49 8153 28 – 17 82
Mailto:robert.klarner@dlr.de
Folie 27
GALILEO-Roadshow, Robert Klarner, DLR Technologiemarketing, 27.04.2010Sie können auch lesen
