Navigation
Grundlagen der
Online-Positionierung in elektronischen Karten
Vorgetragen von Jens Wirsch am 12. Januar 2001
NavigationGrundlagen der Online-Positionierung
in elektronischen Karten
Grundlagen der Online-Positionierung in elektronischen Karten
Leitfaden
Historische EntwicklungNavigation heuteGPSElektronische KartenBeispiele
Grundlagen der Online-Positionierung in elektronischen Karten
Historie der Navigation
• Astronomische Navigation
• Terrestrische Navigation-Topographische Bezugspunkte
-Karte
-Künstlerische Plattkarten
-Mercatorabbildung seit 1569
-Kompaß
-Sternennavigation
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Historie der Navigation
• Funknavigation– Hyperbelverfahren
• terrestrische Sender• System LORAN
– Dopplerverfahren
• Satellitensender
• Frequenzverschiebung
• System TRANSIT
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Historie der Navigation• Satellitennavigation
• Kommunikations- netze
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Navigation heute
• GPS-Positionierung
• DGPS
• Unterstützung durch weitere Sensoren
• Elektronische Karten
• Ausgabe der Route an den Nutzer
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GPS-Positionierung
• GPS– Global Positioning
System– 6 Umlaufbahnen mit
je 4 Satelliten in 20000km Höhe mit 55 Grad Neigungswinkel zum Äquator
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GPS-Positionierung
• GPS– ständig mindestens
4 Satelliten beobachtbar
– seit 1. Mai 2000 ohne SA-Verfälschung
– liefert Position, leitet Fahrtrichtung und Geschwindigkeit ab
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GPS-Positionierung
• GLONASS– GLObal‘nya Navigatsioannaya
Sputnikovaya Sistema– 3 Umlaufbahnen mit je 8
Satelliten in 20000km Höhe mit 64,8 Neigungswinkel zum Äquator
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DGPS
• Differentielles Global Positioning System– Erfassung von Fehlereinflüssen– Korrekturdaten auf einer Referenzstation durch
Soll / Ist-Vergleich– Übertragung im RTCM Format in Echtzeit– Betrieben von LVA, Netzbetreibern,
Herstellerfirmen
• Präzises DGPS
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GPS-Positionierung
• Vorteil– Absolute Positionierung
• Nachteil– ununterbrochenes Signal zu mindestens 4
Satelliten notwendig– Abschattung führt zu Signalunterbrechung
schon durch kleine Hindernisse
• Ausweg: Kombination mit weiteren Sensoren
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Sensoren• Odometer
– Drehgeber und Wegaufnehmer– Zufällige Fehler: Kontakt Rad - Boden– Systematische Fehler: exakter Radumfang
• Gyrometer– Orientierungsgeber– Mechanisch: stabile Lage einer Kreiselachse– Elektrooptisch: Sagnac-Effekt,
Interferenzmuster aus verändertem Lichtweg• Faserkreisel• Laserkreisel
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Kalman-Filter
• Stochastisches Fehlermodell in Echtzeit zur von GPS ungestützten Fahrt
Grundlagen der Online-Positionierung in elektronischen Karten
Elektronische Karten• Bedeutung in der Navigation
– Darstellung der Position– Darstellung der Zieladresse– Auffinden der möglichen Wege
• Weitere Anwendungen– Flottenmanagement– GIS-Anwendungen– Ertragskarten der Landwirtschaft– Umweltschutz -- Wasserwirtschaft– Sicherheitsdienste (Polizei, Feuerwehr, Rettungsdienste)
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Elektronische Karten
• Entstehung– Digitalisierung großmaßstäbiger Karten– Maßstab: 1:25000 auf dem Land
1:5000 – 1:10000 in der Stadt
– Umwandlung in Vektordaten erforderlich– Belegung mit Knoten und Kanten
• Aktualisierung– jährlich
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Elektronische Karten
• Anforderung– Qualitätsanforderung richtet sich nach dem
Nutzen– GDF-Format als Standard für die
Navigation– Kartenbezugssystem
• WGS84
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Elektronische Karten• Informationsgehalt
– Flächenhaft• Siedlung, Industrie, Wald
– Linienhaft = Kanten• Straßenabschnitte• Eisenbahnen• Politische Grenzen
– Punktweise = Knoten• Abzweige, Kreuzungen• Brücken, Tunnel• Tankstelle, Parkplatz, Werkstatt, Bahnhof
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Routenausgabe• Akustisch und/oder optisch
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Beispiele
• Travelpilot von Bosch, 1989, ohne GPS
• System von Toyota, 1991 als erstes mit GPS
• Travelpilot von Blaupunkt• Carnavigation von Kenwood• Car Navigator von Navigon, Notebook• Scout von Tegaron, Handy und Organizer
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Aussichten
• Galileo- Programm der EU und der ESA- Mindestens 21 Satelliten - Ergänzende geostationäre Satelliten
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Aussichten
• Galileo- Programm der EU und der ESA- Mindestens 21 Satelliten - Ergänzende geostationäre Satelliten- Kompatibel mit GPS- Start im Jahr 2005, bis 2008 ausgebaut- Basisservice kostenlos
• Kommunikationsnetze
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Ziel erreicht
• Das Ziel ist erreicht
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