Vědecko-výzkumné projekty

Využitie súčasných GNSS pre lokalizáciu, navigáciu a výskum dopravných aplikácií

SP2023/084

V posledných rokoch došlo k výraznému posunu v oblasti Globálnych navigačných družicových systémov (GNSS). Dokončenie novo budovaných systémov (Galileo, BeiDou) spoločne s modernizáciou dlhodobo prevádzkovaných systémov (GPS, GLONASS) prinieslo užívateľom nové signály a tiež nové služby. Výrazný technologický posun bol docielený aj vo vývoji a dostupnosti nízkonákladových zariadení umožňujúcich určovanie polohy a navigáciu v priestore iba na základe GNSS, či kombináciou viacerých technológií. Aktuálne patrí k stále viac žiadaným úlohám lokalizácia dopravných prostriedkov, napríklad v oblasti výskumu autonómnej dopravy (autá aj prostriedky hromadnej dopravy). V tejto súvislosti vzrastajú požiadavky na presnosť a rýchlosť lokalizácie [1] s väzbou na nové možnosti ako je napríklad využitie sietí 5G, či s rozvojom informačných dopravných systémov vo verejnej doprave poskytujúci spresnený a aktuálny servis. Výskum dopravných aplikácií potrebuje inovatívne postupy prenesené z teórie grafov, sociálnych sietí a metód strojového učenia. Charakteristiky dopravných sietí a ich vzájomná interakcia s urbánnym priestorom vyžadujú efektívne metódy sledovania a hodnotenia, ktoré pomáhajú vysvetliť dopady organizácie sietí na dostupnosť a spätne hľadať cesty k efektívnejšej organizácii dopravných systémov. Jedným z predmetov výskumu bude testovanie prijímačov GNSS v smartfónoch a nízkonákladových prijímačov kombinujúcich GNSS a inerciálnu navigáciu. Cieľom bude zaoberať sa aktuálnymi možnosťami a kvalitou určovania polohy, ktorú tieto zariadenia ponúkajú. Smartfóny s operačným systémom Android umožňujú prístup k surovým observáciám GNSS, ktoré je možné spracovávať pokročilými technikami určovania polohy. Dnes vidia niektorí odborníci potenciál v jednofrekvenčných nízkonákladových GNSS prijímačoch. Cenová dostupnosť týchto zariadení je lepšia ako dvojfrekvenčných a ich integrácia s ďalšími technológiami ako inerciálna navigácia, odometer a podobne môže prispieť k zvýšeniu presnosti a stability výsledných riešení [2]. Zároveň môže inerciálny systém zvýšiť percentuálnu úspešnosť správneho vyriešenia ambiguit [3]. Súčasťou výskumu bude aj testovanie takéhoto integrovaného systému GNSS/INS spolu s ďalšími prídavnými technológiami a následné vyhodnotenie prínosu takéhoto kombinovaného systému. Nízkonákladové zariadenia sú bežne dodávané len s lacnou patch anténou. Súčasťou výskumu bude otestovať presnosť polohovania s využitím týchto lacných antén, tak aj s použitím kvalitných externých antén [4]. Na výslednú presnosť a stabilitu riešenia môže mať výrazný vplyv aj použitá konštelácia, či multikonštelácia [5], čo bude tiež predmetom skúmania. V rámci výskumu budú vykonané testovacie merania v kinematických režimoch v mestskom prostredí s orientáciou na rôzne typy dopravy (pešia, cyklo, s využitím motorizovaného dopravného prostriedku). To znamená, že testovacie merania budú dostatočné reprezentatívne, aby odrážali podmienky, s akými sa môžeme v praxi bežne stretnúť. V mesiaci marec prebehne prvá sada testovacích meraní s GNSS vybavením, ktoré je už dostupné na Katedre geoinformatiky a ktoré sa podarí okamžite zakúpiť po schválení projektu. Naplánovanie testovacích meraní bude možné už v predstihu, čo nám zaistí úsporu času. Rovnako aj samotná realizácia nie je veľmi časovo náročná. Takže bude k dispozícii dostatočná rezerva aj pre prvotné spracovania. Tým sa zaistí možnosť prezentovania aspoň čiastkových výsledkov na konferencii EGU General Assembly 2023, na ktorú bol Ing. Marekom Halajom prihlásený príspevok a bol prijatý do posterovej sekcie. Z pohľadu riešenej problematiky ide o hlavnú európsku VaV konferenciu konanú v roku 2023 a účasť na nej umožní doktorandovi získať prehľad o aktuálnom vývoji a nadviazať kontakty so zahraničnými pracovníkmi s rovnakými záujmami. Koncom augusta až začiatkom septembra je predpokladané už mať značnú časť výsledkov k dispozícii, aby umožnili ďalší konferenčný príspevok. Metódy pokročilej/spresnenej lokalizácie a navigácie budú využité najmä v oblasti dopravných aplikácií ako súčasť analýz mestskej mobility, dopravných sietí a ich konfigurácií. Súčasné metódy analýz sietí a dopravnej dostupnosti nie sú dostatočne adaptované na riešenie mikromierkových problémov, multimodálnej dopravy a analýzy hierarchických sietí [6,7]. Využitie metód analýzy sociálnych sietí a adaptácia vybraných postupov teórie grafov, vrátane vhodných heuristických postupov môže zlepšiť efektivitu zaisťovania mestskej mobility [8]. Konkrétny príklad môže byť využitie štruktúrnych a centrických indikátorov pre identifikáciu významných či kritických miest siete [9,10]. Zodpovedným riešiteľom projektu je Ing. Marek Halaj. Témou jeho DiP je Presné určovanie polohy s využitím nízkonákladových prijímačov a prijímačov GNSS v mobilných zariadeniach, čo priamo súvisí s témou výskumu. V rámci predchádzajúceho štúdia absolvoval predmety zamerané na základné a pokročilé techniky GNSS. Jeho diplomová práca bola zameraná na testovanie presnosti polohovania prostredníctvom mobilných zariadení. Seyedamin Alavitabar je prezenčným doktorandom študujúcim program Geoinformatika v angličtine. Téma jeho dizertačnej práce je zameraná na GNSS meteorológiu, teda využívanie GNSS na určovanie parametrov troposféry. Školiteľ oboch uvedených doktorandov, doc. Ing Michal Kačmařík Ph.D. sa dlhodobo zaoberá problematikou GNSS a je v tejto oblasti publikačne aktívny. Ing. Ondřej Kolodziej sa zaoberá problematikou analýz sietí, ktorá priamo súvisí s riešeným projektom. Témou jeho DiP sú priestorové analýzy sietí verejnej dopravy. Práca nadväzuje na jeho DP Analýza siete MHD vo vybraných svetových mestách, kde popísal využiteľnosť teórie grafov a sociálnych sietí na identifikáciu kritických miest v MHD. Svoj výskum tiež uplatnil v projekte SGS Dopravná dostupnosť, jej zmeny a mobilita seniorov. Témou dizertačnej práce Mgr. Nikoly Koktavej je mestská mobilita a dostupnosť v mikromierke. Plánovanie mobility v mestskom prostredí je úzko späté s problematikou lokalizácie osôb a ich navigácia v komplexnom mestskom prostredí. Použitá literatúra: 1. HORÁK, Jiří. RYCHLÝ INTERNET JAKO BUDOUCNOST LOKALIZACE MOBILNÍCH ZAŘÍZENÍ. GIS Ostrava 2018, 21.-23. 3. 2018. 2. GAO, Zhouzheng, Maorong GE, You LI, et al., 2018. Odometer, low-cost inertial sensors, and four-GNSS data to enhance PPP and attitude determination: Experimental Classical 2D EKF Sensors Fusion and Accuracy Evaluation. GPS Solutions. Dostupné z: https://doi.org/10.1007/s10291-018-0725-y 3. LI, Xingxing, Xuanbin WANG, Jianchi LIAO, Xin LI, Shengyu LI a Hongbo LYU, 2021. Semi-tightly coupled integration of multi-GNSS PPP and S-VINS for precise positioning in GNSS-challenged environments. Satellite Navigation. 2(1). Dostupné z: https://doi.org/10.1186/s43020-020-00033-9 4. POLUZZI, Luca a Stefano GANDOLFI, 2022. Performance of Dual-Frequencies Low-Cost GNSS Sensors for Real Time Monitoring. Geomatics and Geospatial Technologies. Cham: Springer International Publishing, 2022-01-18, 246-258. Communications in Computer and Information Science. Dostupné z: https://doi.org/10.1007/978-3-030-94426-1_18 5. LI, Tuan, Hongping ZHANG, Zhouzheng GAO, Qijin CHEN a Xiaoji NIU, 2018. High-Accuracy Positioning in Urban Environments Using Single-Frequency Multi-GNSS RTK/MEMS-IMU Integration. Remote Sensing. 10(2). Dostupné z: https://doi.org/doi:10.3390/rs10020205 6. DERRIBLE, Sybil a Christopher KENNEDY, 2010. The complexity and robustness of metro networks. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications [online]. 389(17), 3678-3691. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.physa.2010.04.008 7. LIN, Jingyi a Yifang BAN, 2013. Complex Network Topology of Transportation Systems. Transport Reviews. 33(6), 658-685. Dostupné z: https://doi.org/10.1080/01441647.2013.848955 8. ROMMEL, Jacob, 2014. Topological analysis of the evolution of public transport networks. B.m., KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF ARCHITECTURE AND THE BUILT ENVIRONMENT. 9. WAKITA, Ken a Toshiyuki TSURUMI, 2007. Finding community structure in mega-scale social networks. Proceedings of the 16th international conference on World Wide Web - WWW '07. New York, New York, USA: ACM Press, 2007, 1275-. Dostupné z: https://doi.org/10.1145/1242572.1242805 10. BLONDEL, Vincent D, Jean-Loup GUILLAUME, Renaud LAMBIOTTE a Etienne LEFEBVRE, 2008. Fast unfolding of communities in large networks. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. New York, New York, USA: ACM Press, 2007, 2008(10), 1275-. Dostupné z: https://doi.org/10.1088/1742-5468/2008/10/P10008 Pracovný harmonogram je možné dohľadať v prílohách projektovej dokumentácie vo formátoch pdf. a xlsx. Bližší popis jednotlivých položiek rozpočtu je možné dohľadať v prílohách projektovej dokumentácie vo formáte pdf. Historické pôsobenie na predchádzajúcich projektoch je možné dohľadať v prílohách projektovej dokumentácie vo formáte pdf.

2023

2023

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Halaj Marek Ing.