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G. Retscher:
"The Fourth Layer in Collaborative Navigation - Going Underground";
Talk: XXV International FIG Congress, Kuala Lumpur, Malaysia; 2014-06-16 - 2014-06-21; in: "XXV International FIG Congress", (2014), ISBN: 978-87-92853-21-9; Paper ID 6832, 15 pages.

Collaborative navigation is the method for determining the location of a group of users or sensor platforms absolute and relative to each other. Thereby users are equipped with different sensors of varying quality in terms of performance and achievable positioning accuracies. The concept arose from and follows up the multi-sensory approach where one user has different sensors, such as GNSS receiver, IMU, accelerometers, digital compass and gyro, barometric pressure and step sensor, image sensors including digital cameras and Flash LiDAR, as well as UWB receivers, Wi-Fi and RFID. Now a network of user groups is located and they share their information among each other.
In the beginning of the concept development, only two layers have been considered for collaborative navigation which were the ground level where the group of users had to be navigated, next came spaceborne satellite navigation systems. Due to the recent introduction and use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVīs) or other flying objects, such as helicopters or light aircrafts, this concept has then been extended with a third layer - the airborne layer in between the ground and the satellites.
The author of this article proposes to introduce an additional fourth layer into the concept, namely the underground. In cities a branched network of tunnels such as underground public transportation tunnels, road tunnels, subways, sewer canal systems, etc. is present. In this paper the question is raised why we are not using these underground structures, for instance, to guide emergency crews to the affected area and rescue people when it is not possible to perform this task above ground. In this paper, possible underground structures are identified and suitable localization technologies for the underground environment in conjunction with users above ground are elaborated and discussed. Thereby, special emphasis is placed on the use of RFID as an easy to deploy absolute positioning technology.
As the author believes that the underground will play an important role for such application scenarios, he calls upon the research community of geodesists and researchers in related fields for international collaboration and participation to develop this idea further. His call is formulated as: Letīs extend the layers of the collaborative navigation concept with "Going underground"!

Unter Collaborative Navigation versteht man eine Methode für die absolute und relative Lokalisierung von einer Gruppe von Nutzern oder Sensorplattformen. Die Nutzer sind dazu mit verschiedenen Sensoren unterschiedlicher Qualität im Hinblick auf deren Leistungsfähigkeit und den erreichbaren Positionierungsgenauigkeiten ausgestattet. Das Konzept entstand aus dem seit einiger Zeit gebräuchlichen Ansatz der Nutzung von Multisensorsystemen, bei dem ein Nutzer mit unterschiedlichen Sensoren, wie zum Beispiel GNSS Empfänger, Inertiales Navigationssystem (INS), Beschleunigungssensoren, digitaler Kompass und Kreisel, Barometer, Schrittzähler, bildgebende Sensoren wie digitale Kameras und Flash LiDAR, sowie UWB Empfänger, WLAN und RFID, ausgestattet ist. Beim erweiterten Konzept wird nun eine Gruppe von Nutzern gemeinsam lokalisiert und es erfolgt ein Austausch von Informationen untereinander.
Am Anfang der konzeptionellen Entwicklung wurden nur zwei Ebenen der Collaborative Navigation betrachtet, nämlich die Erdoberfläche, auf der die Nutzergruppe lokalisiert werden muss, und die Ebene im Weltraum, wo sich die GNSS Satelliten befinden. Als kürzlich die Verwendung von Flugobjekten (wie zum Beispiel Drohnen) sowie Helikopter und Leichtflugzeuge in das Konzept des Collaborative Navigation eingeführt wurde, wurde es somit um eine weitere, dritte Ebene ergänzt, nämlich der Ebene der Flugobjekte zwischen der Erdoberfläche und den Satelliten im Weltraum.
Der Autor dieses Artikels schlägt die Einführung einer vierten Ebene in das Konzept vor. Bei dieser Ebene handelt es sich um den Untergrund. In Städten existiert ein ausgedehntes, verzweigtes Netzwerk von Tunneln, wie zum Beispiel U-Bahn- und Straßentunnel, Unterführungen, Kanäle, etc.
In diesem Artikel wird vom Autor die Frage gestellt, warum bis jetzt dieses unterirdische Netzwerk nicht genutzt wird. Eine mögliche Anwendung wäre zum Beispiel das Leiten und Führen von Einsatzkräften zu ihrem Einsatzort und die Rettung von Menschen durch das unterirdische Netzwerk, wenn dies oberirdisch nicht möglich ist. Neben der Identifikation von brauchbaren unterirdischen Netzwerken werden in diesem Beitrag die möglichen Positionierungsmethoden vorgestellt und diskutiert. In weiterer Folge wird auch der Zusammenhang zwischen der Positionierung der Nutzer unter und über der Erdoberfläche beleuchtet. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Nutzung von RFID gelegt, da diese Technologie einfach in Tunneln angebracht werden kann.
Nach Meinung des Autors wird diese vierte Ebene eine entscheidende Rolle für die erwähnten Anwendungsfall spielen und er ruft daher die internationale Forschergemeinschaft auf dem Gebiet der Geodäsie und den mit ihr verwandten Disziplinen auf, sich an der Weiterentwicklung dieser vierten Ebene zu beteiligen. Sein Aufruf lautet: "Going Underground" - Lasst uns gemeinsam das Collaborative Navigation Konzept um die Ebene der unterirdischen Netzwerke erweitern!

Underground structures, 3-D positioning, multi-sensor system, layered multi-platform sensing, emergency situations, guidance and rescue

http://www.fig.net/pub/fig2014/papers/ts01b/TS01B_retscher_6832.pdf