Mit maschinellem Sehen unterstützte Navigation überbrückt Satelliten-Schwachstellen
Satellitensysteme, die Positionsbestimmungs-, Navigations- und Zeitsignaldienste anbieten, gelten als kritische Infrastrukturen, die autonome Fahrzeuge, technische Vermessungen und vieles mehr unterstützen. Dennoch bleibt die Abdeckung unvollständig. „Vor allem in städtischen Umgebungen verlieren Navigationsgeräte oft die Satellitensignale, wodurch die Positionsbestimmungsinformationen gestört werden, was den Bedarf an robusteren Systemen unterstreicht“, sagt Phillipp Fanta-Jende, Koordinator des Projekts EGeNiouSS(öffnet in neuem Fenster). Deshalb hat das Team von EGeNiouSS die globalen Satellitennavigationssysteme (GNSS) um visuelle Lokalisierungstechnologien erweitert, damit ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit gesteigert werden. Fortgeschrittene Verfahren für maschinelles Sehen, Photogrammetrie und Geodäsie bieten dank hochgenauer Geodatensätze GNSS-unabhängige absolute Positionsinformationen, die über den EGeNiouSS-Clouddienst verteilt werden. „Da GNSS-komplementäre Positionierung immer wichtiger wird, insbesondere für autonome Systeme, führen wir vor, dass sie sowohl kosteneffizient als auch skalierbar erfolgen kann“, fügt Fanta-Jende vom Austrian Institute of Technology(öffnet in neuem Fenster), an dem das Projekt angesiedelt ist, hinzu.
Visuelle Lokalisierung und Multisensorfusion
Genauigkeit und Zuverlässigkeit in komplexen Umgebungen, etwa in dichtbebauten Stadtgebieten oder an Orten, an denen die Signale gestört oder nicht verfügbar sind, aufrechtzuerhalten, bildet eine ständige Herausforderung für moderne Satellitenortungsdienste. Die meisten Umgehungslösungen beruhen auf Ausweichsystemen wie Funknavigationssystemen für den Luftverkehr oder anderen funkbasierten Technologien wie lokalen Funknetzen (WLAN) oder Ultrabreitband für terrestrische Anwendungen einschließlich ortsbezogener Mobiltelefondienste. Bei der EGeNiouSS-Lösung werden Sensoren wie zum Beispiel eine Smartphone-Kamera zusammen mit GNSS-Diensten einschließlich des Galileo-Hochpräzisionsdienstes(öffnet in neuem Fenster) genutzt, um sowohl relative als auch absolute Positionierungen zu berechnen. Ergänzt wird dieses Vorgehen um eine Cloud-basierte Komponente, die geografische Referenzdaten an die Betriebsplattform oder das Edge-Gerät verteilt, das Kamerabilder mit diesen Datensätzen abgleicht; und das alles unter Einhaltung strenger Datenschutzgrundsätze. „Während GNSS oder ähnliche Systeme verfügbar sein müssen, um unsere Lösung zu initialisieren, kann das System den Nutzenden dennoch grundlegende Lokalisierungsinformationen liefern, wenn dieses Signal einmal nicht zur Verfügung steht“, erklärt Fanta-Jende.
Für intelligentere und sicherere Alltagsmobilität
Alle Kernkomponenten wurden unter Versuchsbedingungen entsprechend ihrer Funktion erprobt. So wurde beispielsweise die Fähigkeit des Sensorfusionsmoduls bewertet, durch Kombination der verfügbaren Sensoreingaben Position und Ausrichtung eines Smartphones in Echtzeit bestimmen zu können. Ein Algorithmus verarbeitet die Signale einer Trägheitsmesseinheit und eines auf dem Mobiltelefon montierten GNSS-Empfängers, während dabei die Details der Kamerabilder mit terrestrischen, mobilen Kartierungs- und Luftbildreferenzdaten desselben Gebiets verglichen werden. Mit Nachbearbeitungsverfahren werden dann diese Positions- und Orientierungsschätzungen mit der zentimetergenauen „Bodenwahrheit“ abgeglichen, um die Leistung dieser Echtzeitlösung zu validieren. „Neben der guten Leistung der einzelnen Komponenten zeigte die EGeNiouSS-Lösung eine vielversprechende Anpassungsfähigkeit an sehr unterschiedliche Einsatzprioritäten, von kostengünstiger Recheneffizienz bis hin zu maximaler Genauigkeit und Robustheit“, berichtet Fanta-Jende. Ende-zu-Ende-Lösungen werden gegenwärtig mit Freiwilligen und externen Beteiligten anhand von drei Anwendungsfällen getestet: Landvermessung mit dem Smartphone unter Einsatz von QField(öffnet in neuem Fenster), wobei die Genauigkeit Priorität erhält; Fahrradnavigation mit der App Naviki(öffnet in neuem Fenster), wobei niedrige Kosten und geringer Stromverbrauch im Vordergrund stehen; und Warenlieferung per Drohne, wobei zwischengespeicherte Geokarten eine visuelle Ortung im Offlinemodus gestatten. „Es ist wichtig, die Lösung nicht nur aus technischer Sicht zu bewerten, sondern auch im Hinblick auf die Benutzungsfreundlichkeit und den praktischen Einsatz“, fügt Fanta-Jende hinzu. „Dank ihrer Flexibilität birgt die Lösung das Potenzial, sowohl verbraucherorientierte Dienstleistungen als auch hochwertige professionelle Anwendungen zu unterstützen.“
