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Untersuchung von Messsensoren zum Einsatz in Navigationssystemen für Fußgänger

Dieser Beitrag ist in der zfv 2/2003 erschienen.

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Zusammenfassung: 

Moderne Navigationssysteme wurden hauptsächlich für die Fahrzeugnavigation entwickelt. Durch die Entwicklung von neuen, immer kleineren, leichteren und auch genaueren Sensoren wird seit einiger Zeit auch vermehrt an der Entwicklung von Navigationssystemen für Fußgänger gearbeitet. In dieser Arbeit werden Sensoren analysiert, mit denen eine kontinuierliche Positionierung von Fußgängern möglich ist. Das Ziel ist die Entwicklung eines Systemaufbaus für ein Navigationssystem für Fußgänger, das die möglichst genaue Schätzung der Position mit einfachen Sensoren ermöglicht. Dazu wurde vorerst eine Analyse bestehender Navigationssysteme und Location Based Services (LBS) durchgeführt, wobei im Speziellen auf die verschiedenen Sensoren zur Positionsbestimmung eingegangen wird. Die Sensoren werden klassifiziert und für jeden einzelnen Aufgabenbereich werden geeignete Sensoren ausgewählt. Die beschriebenen Sensoren sind u. a. GPS und Local Positioning Systeme (LPS) zur Punktbestimmung in Gebäuden, die Positionierung mit Mobilfunktelefonen und die Höhenbestimmung mit Barometern, sowie der Einsatz von Beschleunigungssensoren, Kreisel und Kompass und daneben noch zwei Matching-Ansätze. Für die Integration der Sensoren zur gemeinsamen Auswertung und Verarbeitung der Messdaten wird der Einsatz eines Kalmanfilters vorgeschlagen, da sich dieser Filteralgorithmus besonders gut für Echtzeit-Auswertungen eignet. Anhand simulierter Beobachtungen wird in einem praktischem Beispiel die Führung eines Fußgängers von der U-Bahnstation Karlsplatz zum Institut für Geodäsie und Geophysik der TU Wien untersucht. Die Ergebnisse haben bestätigt, dass bei einer Kombination der untersuchten Sensoren nur geringe Abweichungen im Bereich weniger Meter vom bekannten Weg des Fußgängers auftreten. Ausgehend von diesen Ergebnissen kann abschließend ein Prototyp eines Fußgängernavigationssystems mit den möglichen Systemkomponenten vorgestellt werden.

Summary: 

Current navigation systems have mostly been developed for car navigation. Due to the development of new smaller, lightweight and even more accurate sensors, navigation systems for pedestrians are currently under development. In this paper, sensors which can perform continuous position determination for pedestrians are investigated and tested. The aim is to develop a system design for a navigation system for pedestrians that will enable the most precise estimation of the position using simple sensors. Starting with an analysis of existing navigation systems and location based services (LBS), different sensors employed for positioning are investigated. The sensors will be classified and the most adequate ones for different tasks will be selected. The analysed sensors are GPS and local positioning systems (LPS) for indoor location determination, positioning using cellular phones and barometers for height determination, the use of accelerometers, gyros and a magnetic compass as well as two matching approaches. The integration of these sensors is performed using a Kalman filter since this filter is particularly suited for on-line evaluation. Using simulated observations in a practical example the guidance of a pedestrian from the underground station Karlsplatz to the Institute of Geodesy and Geophysics of the Vienna University of Technology will be analysed. The results have confirmed that the deviations from the known path are within the range of a few meters if all possible observations from the investigated sensors are combined. Finally a prototype design is presented which includes all possible system components for position determination in a pedestrian navigation system.

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