3D-täsmänavigointia nyt ja tässä

Ongelmana pelkästään satelliitteihin nojaavassa paikannuksessa on niiden kattavuus hankalassa ympäristössä, missä rakennukset peittävät tai heijastavat satelliittien lähettämiä signaaleja. Satelliitit eivät ole myöskään riittäviä osaan sovelluksista, joita ollaan kehittelemässä erikoiskäyttäjille. Heidän avukseen on tulossa sisänavigointi.

"Navigointisovellukset ovat yksi tavallisimmista ohjelmista älypuhelimissa ja ne kulkevat helposti ihmisten mukana", pohjustaa Geodeettisessa laitoksessa Navigointi ja paikannus -osaston johtajana toimiva Ruizhi Chen. "On monia tilanteita, kuten sisätiloissa tai kaupunkikatujen 'kanjoneissa' liikkumisessa, jolloin avoimelle taivaalle ei ole näkymää."

"Näissä tilanteissa muunlaisia mittausmenetelmiä, kuten kiihtyvyysantureita, gyroja ja digitaalikompasseja, voidaan soveltaa paikanmääritykseen GPS-signaalien aukkokohdissa."

"Kaikki nykyiset navigointisovellukset älypuhelimissa perustuvat kaksiulotteisiin karttoihin", jatkaa Chen, jonka vetämänä on kehitetty jalankulkijoille räätälöityä 3D-NAVI-EXPO-palvelua. "Se perustuu kolmiulotteisiin kaupunkimalleihin. Järjestelmä on parhaillaan testauksessa Shanghain maailmannäyttelyssä, missä se pystyy ohjaamaan ihmiset määränpäihinsä 3D-näkymien avulla tavallisten 2D-karttojen sijaan."

Suomalais-kiinalainen projekti on Tekesin rahoittama ja sitä koordinoi Geodeettinen laitos. 3D-navigointia esitellään parhaillaan Shanghain maailmannäyttelyssä, jossa yleisön on mahdollista vuokrata sovelluksen sisältävä matkapuhelin käyttöönsä.

Projektin suurimpia haasteita ovat Chenin mukaan reaaliaikainen 3D-mallinnus älypuhelinten hitailla prosessoreilla, 3D-mallien pakkaaminen sekä paikannuksen kehittäminen saumattomaksi eri anturivälineistöjen kesken.

"Järjestelmää testataan myös Suomessa ja projekti valmistelee parhaillaan 3D-mallia Tapiolan keskuksesta Espoossa", kertoo Chen. "Sekä 3D-navigointisovelluksen ohjelmisto että 3D-malli tulevat olemaan saatavilla vapaasti internetistä. Siten kaikki Nokian Symbian-älypuhelimia käyttävät voivat tutustua 3D-navigointiin Tapiolassa, näillä näkymin marraskuusta 2010 lähtien."

NAVIndoor navigoi sisätiloissa

Suomessa on kehitetty myös toisenlainen järjestelmä, joka mahdollistaa navigoinnin satelliittisignaalin heikoilla alueilla, kuten teollisuushalleissa tai muissa sisätiloissa.

"ESAn kahdessa NAVIndoor-projekteissa kehitettiin prototyyppijärjestelmä, jota olemme edelleen kehittäneet tuotteeksi", kertoo Space Systems Finland Oy:ssä navigointiasiantuntijana työskentelevä Heikki Laitinen. Projektit alkoivat 2000-luvun alussa.

NAVIndoor on synkronoitu pseudoliittijärjestelmä, joka perustuu SSF:n kehittämiin signaaligeneraattoreihin. Pseudoliitit ovat paikalleen asennettuja laitteita, jotka lähettävät signaalia samaan tapaan kuin navigointisatelliititkin.

"Tähän mennessä kokeillut tai ehdotetut sisätilasovellukset ovat olleet varsin vaihtelevia, kuten eläinten seuranta, jääkiekkoilijan seuranta, sekä koneen tai ajoneuvon navigointi, mutta varsinaista läpimurtosovellusta ei vielä ole", kertoo Laitinen. Käyttöpotentiaalia järjestelmällä on paljon, sillä parhaimmillaan hyvissä olosuhteissa päästään 3-10 senttimetrin tarkkuuteen kaikissa kolmessa suunnassa.

"Tavallinen GPS-vastaanotin ei valitettavasti toimi aivan suoraan NAVIndoor-järjestelmässä", Laitinen lisää. "Pseudoliittisignaalit on moduloitu eri koodeilla kuin satelliittisignaalit ja paikan laskenta tapahtuu eri algoritmilla. Näistä koodien lisääminen on hyvin yksinkertainen muutos vastaanottimeen ja laskenta-algoritmi isompi."

"Rankentailla olevassa eurooppalaisessa Galileo-satelliittipaikannusjärjestelmässä on määritelty pilottisinaaleja, joita ei moduloida muuttuvalla datalla", Laitinen kertoo. "Vastaanottimen kannalta tällainen signaali on helpompi seurata, etenkin vaikeissa sisätiloissa."

NAVIndoor-projektin sivutuotteena on tuotteistettu signaaligeneraattori GPS-vastaanottimen testaukseen. SSF on kehittänyt myös lähes valmiiksi konstellaatiosimulaattorin ja uusi projekti on käynnissä pseudoliittiavusteisen ulkopaikannuksen parissa.

Kohti Galileoa

Vaikka sovellukset keskittyvätkin nyt GPS-järjestelmään, etenee Galileo-satelliittinavigointijärjestelmä vaiheittain kohti toteutustaan ja tulee toimimaan alustana suurimmalle osalle nykyisistä sekä myös entistä monipuolisemmille navigointisovelluksille.

Kaksi koesatelliittia on jo avaruudessa ja seuraavan vaiheen neljä kiertoradalla testattavaa satelliittia (In-Orbit Verification) on määrä laukaista avaruuteen vuoden 2011 puolivälissä. Niiden avulla pystytään jo tarkkaan paikannukseen, tosin vain rajoitetulla alueella kerrallaan.

Lopullisessa Galileo-järjestelmässä tulee olemaan 27 toiminnallista satelliittia ja 3 varasatelliittia, jotka kiertävät Maata 23 222 kilometrin korkeudessa.