Auf dem Fahrrad durch Braunschweig, das Smartphone in der Hand, und plötzlich zeigt die Navigation auf die falsche Straßenseite: Solche Aussetzer kennt, wer zwischen hohen Häusern, Bäumen und anderen Hindernissen unterwegs ist. Forscher der TU Braunschweig haben gemeinsam mit europäischen Partnern nun eine Navigationstechnik entwickelt, die bei gestörtem Satellitenempfang bis zu 50-mal genauer orten kann als herkömmliche GPS-Verfahren.

Entstanden ist das Verfahren im dreieinhalbjährigen EU-Forschungsprojekt „egeniouss“. Es soll eine genaue, zuverlässige und kosteneffiziente Navigation und Positionierung in Städten ermöglichen. Die Technik ist bislang noch nicht allgemein verfügbar.

Wenn Satellitensignale Umwege nehmen

GPS-Empfänger berechnen ihre Position anhand der Laufzeiten von Signalen mehrerer Satelliten in rund 20.000 Kilometern Höhe. In städtischen Straßenschluchten können Gebäude, Bäume und andere Hindernisse diese Signale abschirmen oder reflektieren. Ein reflektiertes Signal legt einen längeren Weg zurück und verfälscht dadurch die Positionsberechnung.

„egeniouss“ setzt deshalb auf eine Kombination aus Kamerabildern der Umgebung, zusätzlichen Sensoren für Bewegungsdaten und weiterhin verfügbaren Satellitensignalen. Eine Software führt die verschiedenen Datenquellen zusammen. Die visuelle Echtzeit-Lokalisierung soll so auch dann Orientierung geben, wenn der Satellitenempfang nur eingeschränkt funktioniert. Die bis zu 50-fache Verbesserung wurde bei visueller Ortung unter bestimmten städtischen Testbedingungen erreicht; konkrete Abweichungen in Metern wurden in der Projektmeldung nicht genannt.

Die TU Braunschweig arbeitet dabei unter anderem an der Erfassung und Harmonisierung von Geodaten. Dazu gehören Bilder mobiler Plattformen, Luftbilder und Schrägaufnahmen sowie 3D-Stadtmodelle. Mit bekannten Gebäudegeometrien werden visuelle Lokalisierungsmethoden entwickelt, implementiert und erprobt, die bei der Sensororientierung helfen.

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Vom Fahrradweg bis zur Drohnenzustellung

Erste Anwendungen wurden für Fahrradnavigation, Vermessungsarbeiten und Drohnen demonstriert. Das Unternehmen beemo integrierte die Technik testweise in die Fahrrad-App Naviki. Getestet wurde eine Strecke rund um das Haus der Wissenschaft in Braunschweig. Die zusätzliche Ortung sollte Fahrradrouten trotz eingeschränkten Satellitenempfangs zuverlässiger aufzeichnen. Ob und wann die Funktion regulär für Nutzer verfügbar wird, ist noch offen.

Auch für Fußgänger ist das System gedacht. Zu den drei Anwendungsfällen des Projekts gehören Fahrradnavigation per Smartphone, smartphonebasierte Vermessung und Kartierung sowie Drohnenzustellung. Die GNSS- und cloudbasierte Technologie soll mit Geräten funktionieren, die über eine Kamera, Rechenleistung und einen GNSS-Empfänger verfügen – etwa Smartphones, Tablets und Drohnen.

Bei Vermessungsarbeiten testete OPENGIS.ch die Technik mit der mobilen Anwendung QField. Bei einer Übung in Braunschweig suchten die Beteiligten zuvor festgelegte Punkte im Gelände; die neue Ortung unterstützte dabei die Positionsbestimmung. Denkbar wäre der Einsatz bei der Erfassung von Straßen, Anlagen und anderer Infrastruktur durch Städte und Kommunen. Wie viel Spezialausrüstung sich dadurch einsparen ließe, ist allerdings noch nicht beziffert.

Das Unternehmen CATUAV entwickelte einen Anwendungsfall für Drohnen. Die Kombination aus Satellitennavigation und zusätzlichen Sensordaten soll ihnen auch bei Signalstörungen Informationen zur Orientierung liefern. Eine kontinuierliche Positions- und Bewegungserfassung ist für einen sicheren Drohnenflug erforderlich – sonst wird aus dem kleinen Fluggerät schnell ein ziemlich unberechenbarer Gast.

Sieben Partner, ein europäisches Projekt

Geleitet wird das Horizon-Europe-Projekt vom AIT Austrian Institute of Technology. Beteiligt sind sieben Partner: die Technische Universität Braunschweig aus Deutschland, GeoNumerics aus Spanien, Crayon aus Österreich, CATUAV – Drone Center, das Centro Español de Logística, OPENGIS.ch aus der Schweiz und das AIT.

Das Gesamtbudget beträgt rund 3,4 Millionen Euro, etwa drei Millionen Euro stammen aus dem EU-Forschungsprogramm „Horizon Europe“. Finanziert wird das Projekt von der Europäischen Union. Neben den bereits erprobten Anwendungen soll die Technologie weitere ortsbezogene Dienste und neue Anwendungen in wachsenden Marktsegmenten ermöglichen – von Architektur und Bauleitung bis zu autonomen Drohnen und Fahrzeugen.

Bis daraus ein alltägliches Werkzeug wird, bleibt noch Arbeit: Die Daten müssen zuverlässig zusammengeführt werden, die Geräte brauchen Kamera, Rechenleistung und GNSS-Empfänger, und die Funktion muss sich in echten Städten mit ihren wechselnden Lichtverhältnissen, engen Straßen und plötzlich vor der Linse stehenden Bussen bewähren.