Όλοι έχουμε ζήσει τη στιγμή που, περπατώντας σε μια άγνωστη πόλη με το κινητό στο χέρι, η μπλε τελεία του GPS πηδά ξαφνικά από τη μία γωνία του δρόμου στην άλλη. Στην πραγματικότητα δεν κινούμαστε καθόλου έτσι, απλώς το GPS μας «ψεύδεται». Και ο λόγος βρίσκεται στις ίδιες τις πόλεις: οι ουρανοξύστες, το γυαλί και το σκυρόδεμα διαστρεβλώνουν τα δορυφορικά σήματα, προκαλώντας σφάλματα ακόμα και στα πιο εξελιγμένα συστήματα πλοήγησης.
Ερευνητές από το Norwegian University of Science and Technology (NTNU) πιστεύουν ότι έχουν βρει τη λύση. Δημιούργησαν το SmartNav, ένα σύστημα που συνδυάζει διορθώσεις δορυφορικών σημάτων, ανάλυση κυμάτων και τα τρισδιάστατα δεδομένα κτιρίων της Google, για να επιτύχει εξαιρετική ακρίβεια ακόμα και στα πιο δύσκολα αστικά περιβάλλοντα. Στις δοκιμές, η τεχνολογία πέτυχε προσδιορισμό θέσης με ακρίβεια μικρότερη των 10 εκατοστών.
«Οι πόλεις είναι εφιάλτης για τη δορυφορική πλοήγηση» εξηγεί ο Ardeshir Mohamadi, υποψήφιος διδάκτορας στο NTNU και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. «Οι επιφάνειες από γυαλί και σκυρόδεμα ανακλούν τα σήματα, οι ψηλοί όγκοι μπλοκάρουν τη θέα προς τους δορυφόρους, και αυτό που λειτουργεί τέλεια σε έναν ανοιχτό αυτοκινητόδρομο αποτυγχάνει μέσα στην πόλη».
Όταν τα σήματα αναπηδούν στα κτίρια, καθυστερούν να φτάσουν στον δέκτη, αλλοιώνοντας τους υπολογισμούς της απόστασης. Το αποτέλεσμα είναι να νομίζουμε πως βρισκόμαστε αλλού ή ακόμα και στην «λάθος πλευρά του δρόμου». Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται urban canyon, επειδή θυμίζει τη θέση ενός ανθρώπου στον πάτο μιας χαράδρας όπου τα σήματα φτάνουν μετά από πολλαπλές ανακλάσεις.
Για τα αυτόνομα οχήματα, το πρόβλημα είναι κρίσιμο: η παραμικρή απόκλιση μπορεί να σημαίνει τη διαφορά ανάμεσα σε ασφαλή και επικίνδυνη οδήγηση. «Για αυτό αναπτύξαμε το SmartNav, μια τεχνολογία εντοπισμού σχεδιασμένη ειδικά για τα ‘αστικά φαράγγια’», προσθέτει ο Mohamadi.
Το SmartNav επιτυγχάνει υψηλή ακρίβεια συνδυάζοντας διάφορες τεχνολογίες διόρθωσης σήματος. Το σύστημα μπορεί να ενσωματωθεί απευθείας στο λογισμικό πλοήγησης ενός οχήματος, χωρίς να απαιτείται πρόσβαση σε δαπανηρές υπηρεσίες διόρθωσης, όπως συμβαίνει με τις επαγγελματικές λύσεις RTK (Real-Time Kinematics).
Για να κατανοήσουμε την καινοτομία, αξίζει να θυμηθούμε πώς λειτουργεί το GPS: δορυφόροι που περιβάλλουν τη Γη στέλνουν ραδιοσήματα προς τους δέκτες. Όταν ο δέκτης λαμβάνει σήματα από τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους, υπολογίζει τη θέση του βάσει της χρονικής καθυστέρησης κάθε σήματος. Ωστόσο, μέσα στις πόλεις, αυτή η καθυστέρηση διαστρεβλώνεται από τις ανακλάσεις.
Οι ερευνητές του NTNU εγκατέλειψαν την παραδοσιακή χρήση του κώδικα που μεταφέρει τις πληροφορίες θέσης και στράφηκαν στη λεγόμενη φάση κύματος (carrier phase), δηλαδή τη μελέτη του πώς ταξιδεύει το ίδιο το ραδιοκύμα. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια, αλλά μέχρι σήμερα απαιτούσε τον δέκτη να μένει σταθερός για αρκετά λεπτά, κάτι μη πρακτικό για ένα κινούμενο όχημα.
Για να ξεπεράσουν τον περιορισμό, οι επιστήμονες συνδύασαν τη μέθοδο αυτή με ένα σύστημα δορυφορικών διορθώσεων που παρέχεται μέσω της ευρωπαϊκής υπηρεσίας Galileo, γνωστό ως PPP-RTK (Precise Point Positioning – Real-Time Kinematic). Το πλεονέκτημα του PPP-RTK είναι ότι προσφέρει ακριβείς διορθώσεις χωρίς την ανάγκη τοπικών σταθμών βάσης, καθιστώντας το προσιτό και για εμπορική χρήση.
Ένα ακόμα κομμάτι του παζλ προήλθε από τη Google. Η εταιρεία διαθέτει πλέον τρισδιάστατα μοντέλα κτιρίων σε περίπου 4.000 πόλεις παγκοσμίως, τα ίδια που βλέπουμε όταν κάνουμε ζουμ στο Google Maps και εξερευνούμε έναν δρόμο ή την πρόσοψη ενός ξενοδοχείου.
Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, η Google προβλέπει πώς τα δορυφορικά σήματα ανακλώνται στα κτίρια, μειώνοντας τα γνωστά σφάλματα «λάθος πλευράς δρόμου» που ταλαιπωρούν τους χρήστες των χαρτών. «Συνδυάζουν δεδομένα από αισθητήρες, Wi-Fi, δίκτυα κινητής και 3D μοντέλα για να προσφέρουν πιο σταθερές εκτιμήσεις θέσης», εξηγεί ο Mohamadi.
Οι ερευνητές του NTNU πήγαν ένα βήμα παραπέρα, ενσωματώνοντας τα δεδομένα της Google στις δικές τους διορθωτικές αλγοριθμικές μεθόδους. Το αποτέλεσμα; Κατά τις δοκιμές στους δρόμους του Trondheim, το SmartNav πέτυχε ακρίβεια καλύτερη των 10 εκατοστών στο 90% των μετρήσεων.
Η επιτυχία αυτή δεν αφορά μόνο τα αυτόνομα οχήματα, αλλά θα μπορούσε να αλλάξει συνολικά τον τρόπο που λειτουργεί η πλοήγηση στις πόλεις. Από υπηρεσίες διανομής και ρομπότ καθαρισμού δρόμων, μέχρι φορητές συσκευές και έξυπνα ρολόγια, η ακρίβεια του SmartNav υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην καθημερινή χρήση GPS.
«Το PPP-RTK μειώνει την ανάγκη για δίκτυα τοπικών σταθμών και ακριβές συνδρομές, επιτρέποντας φθηνή, μαζική υλοποίηση σε συσκευές ευρείας κατανάλωσης», σημειώνει ο Mohamadi.
Αν μέχρι σήμερα οι πόλεις θεωρούνταν «νεκρές ζώνες» για το GPS, το SmartNav αποδεικνύει πως η ακριβής πλοήγηση δεν είναι πια προνόμιο των ανοιχτών δρόμων, αλλά σύντομα θα γίνει καθημερινότητα ακόμη και στα πιο πυκνοχτισμένα αστικά τοπία.
[via]
