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C. Hiller:
"Test und Integration von Sensoren für die Positionsbestimmung in ein Fußgängernavigationssystem";
Betreuer/in(nen): G. Retscher; Institut für Geodäsie und Geophysik, 2006; Abschlussprüfung: 09.10.2006.

Nach der Einführung der Autonavigation als geeignetes Mittel der Orientierungshilfe um ein Fahrtziel zu erreichen, wird nun auch an Navigationssystemen für Fußgänger gearbeitet. Diese Systeme sollen es erleichtern, ein gewünschtes Ziel möglichst schnell zu finden. Alle kommerziellen Systeme greifen auf eine Positionsbestimmung mittels GPS (Global Positioning System) zurück. Da aber vor allem im urbanen Umfeld durch die starke Abschattungsproblematik oft Ausfälle auftreten und somit die Positionierung mittels GPS nicht immer möglich ist, müssen auch Koppelnavigationssensoren (Dead Reckoning) zum Einsatz kommen.
Das FWF-Projekt NAVIO beschäftigt sich mit der Fußgängernavigation im städtischen Umfeld und in Gebäuden. Als Teil dieses Projekts beschäftigt sich diese Arbeit vorwiegend mit der Positionsbestimmung im urbanen Gebiet.

Der erste Teil dieser Arbeit umfasst eine Beschreibung der Aufgabenbereiche der drei Forschungsgruppen des NAVIO Projektes. Danach folgt eine Präsentation einiger bereits bestehender Systeme, sowie deren Funktionsweise und Einsatzgebiete.
Außerdem werden die eingesetzten Sensoren beschrieben und deren Genauigkeiten aufgelistet. Für die Richtungsmessung wird ein digitaler magnetischer Kompass, für die Höhenmessung ein digitales Barometer und für die Positionsbestimmung ein GPS Empfänger eingesetzt. Die Entfernungsmessung erfolgt über die Schritterkennung mittels Beschleunigungssensoren.

Für die praktischen Testmessungen wurden 2 Testgebiete ausgewählt. Zum einen der Schlosspark in Schönbrunn, um die maximal erreichbaren Genauigkeiten einer Positionierung mittels GPS zu untersuchen, da in diesem Areal kaum Abschattungen vorliegen, und zum anderen eine Runde im urbanen Gebiet um den GPS Sensor auf seine Zuverlässigkeit zu testen. In diesem Gebiet sollte aber nicht nur der GPS Sensor, sondern auch die Koppelnavigationssensoren getestet werden. Für die gemeinsame Verarbeitung der gesammelten Messdaten wird eine Kalman Filterung herangezogen, weil sich dieser Filteralgorithmus besonders gut für Online-Auswertungen eignet.
Die Testergebnisse zeigen, dass die Messgenauigkeiten sehr stark von den Einsatzgebieten abhängen, da je nach Gebiet unterschiedliche Abschattungen vorliegen und somit unterschiedlicher Empfang der GPS Signale gegeben ist. Die Tests ergeben, dass in Schönbrunn eine Positionierung und Navigation mittels GPS gewährleistet werden kann, wohingegen im verbauten Gebiet die Messgenauigkeiten von GPS einer Navigation nicht genügen. Die Differenzen der gemessenen Koordinaten zu ihren Referenzwerten betragen zwischen 1 und 3 Meter bei freier Sicht zum Himmel, im verbauten Gebiet treten aber nicht selten Differenzen von über 10 Meter auf. Um die anfallenden Abweichungen zu minimieren wird eine Kalman Filterung und Integration anderer Sensoren in das System durchgeführt. So kann eine Positionierung und Zielführung in einem Fußgängernavigationssystem realisiert werden.

After the successful introduction of car navigation as a suitable means of assistance to reach a desired destination, navigation systems for pedestrians are currently under development. These systems aim at helping to find a desired location as quickly as possible. All commercial systems rely on a position determination by means of GPS (Global Positioning System). Because of the strong shading problematic in cities, however, the sensors often lose their GPS signals. Therefore the positioning by means of GPS is not possible and the use of Dead Reckoning sensors is necessary.
The FWF project NAVIO is dealing with the pedestrian navigation in urban surroundings and buildings. As a part of this project, this thesis predominantly concentrates on the position determination in urban zones.

The first part of this thesis describes the area of responsibility of the three research groups of the NAVIO project. A presentation of some existing systems, their functional methods and their fields of application follows.
In addition the assigned sensors are described and their accuracies listed. For direction measurement a digital magnetic compass is used, for levelling a digital barometer and for positioning a GPS receiver. The ranging is made by step recognition by means of acceleration sensors.

The practical part of this work concerns itself with test measurements and the presentation of the test areas that were used in this project. Two different venues were selected: First, the palace ground in Schönbrunn in order to examine the highest level of accuracy of positioning that can be attained by means of GPS, and second a round in the urban zone to test the GPS sensor on its reliability. In the second area not only the GPS sensor should be tested, but also the sensors for dead reckoning. For the common processing of the collected measuring data a Kalman filtering is used, because this filter algorithm works particularly well with online evaluations.
The results show, that the reached accuracies strongly depend on the operational area because the receiving of the GPS signals differs because of the shading problematic. The test show that in Schönbrunn a positioning and navigation of pedestrians is possible by means of GPS, where as in area two the accuracies of GPS do not allow to navigate. The differences of the measured coordinates to the referent values are between 1 and 3 meters if you have free satellite visibility. In urban area the deviations are more than 10 meters. To minimize the deviation a Kalman filtering and the integration of other sensors is implemented. That´s how the positioning and navigation in a pedestrian navigation system can be realized.

Projektleitung Georg Gartner:
Fußgängernavigation in Gebäuden und im städtischen Umfeld