In der Diplomarbeit werden Entwicklungen im Bereich der Lokalisierung und Navigation in non-automotiven Branchen analysiert, um neue Erkenntnisse, Lösungen und damit Adaptionsmöglichkeiten für die Automotive-Welt zu gewinnen. Im Vorfeld wird zur Analyse der non-automotiven Branchen eine komplexe Untersuchungsmethodik eingeführt. Es gilt herauszufinden, mit welchen Ideen und Technologien andere Branchen die Probleme um die Lokalisierung und Navigation zu lösen versuchen und ob sich die identifizierten Lösungen letztlich für die Nutzung im Automotive-Bereich eignen.
Hierbei wird der Untersuchungsraum ausschließlich auf ausgewählte non-automotive Branchen beschränkt. Dabei handelt es sich um Potential-branchen, die nicht unmittelbar mit der Automobilindustrie in Verbindung stehen. Schlussendlich gilt es die Frage zu beantworten, wie die Lokalisierung und Navigation bei unbemannten Fahrzeugen für neue Anforderungen wie komplexe sowie fahrerlose Manöver und Urban Canyons ausgelegt sein sollte.
Die Vorfreude auf autonome bzw. selbstfahrende Fahrzeuge wird in unserer Gesellschaft spürbar größer. Nicht nur ist das Einschalten des Autopiloten voraussichtlich im Jahr 2020 eine greifbare Vision, sondern auch das Anfordern des Fahrzeuges an einen gewünschten Ort bereits für den einen oder anderen Autofahrer vorstellbar. Die technologische Revolution des Automobils wird in evolutionären Schritten ablaufen, immer intelligentere Fahrerassistenzsysteme finden dazu den Einzug in die Fahrzeuge. Das moderne Auto hat immer mehr Schnittstellen an Board – Tendenz steigend. In dieser Arbeit steht die Lokalisierungstechnologie im Fokus.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung in das Thema
1.1 Motivation und Fragestellung
1.2 Abgrenzung und Zielsetzung
2 Stand der Navigationstechnik
2.1 Begriffsabgrenzung Lokalisierung und Navigation
2.2 Bedeutung für das automatisierte Fahren
2.3 Klassische satellitenbasierte Navigation
2.3.1 Einführung
2.3.2 Globales Navigationssatellitensystem
2.3.3 Unterstützende Satellitensysteme
2.3.4 Genauigkeit, Verlässlichkeit und Fehlerursachen
2.3.5 Manipulationsmöglichkeiten und Gegenmaßnahmen
2.3.6 Handlungsempfehlungen
3 Technologiemanagement und Methodenauswahl
3.1 Begriffsabgrenzung Theorie, Technologie und Technik
3.2 Der Begriff des Technologiemanagements
3.3 Technologiefrüherkennung
3.3.1 Informationsquellen der Technologiefrüherkennung
3.3.2 Methoden der Technologiefrüherkennung
3.4 Data-Mining Tool
3.5 Szenariotechnik
3.6 Technology Wargaming
3.7 Cross-Industry-Innovation
3.8 Betrachtung der Relevanz der Methoden und Methodenauswahl
4 Untersuchungsraum und Branchenanalyse
4.1 Untersuchungsmethodik
4.2 Untersuchungsfelder und Branchendynamiken
4.2.1 Logistik
4.2.1.1 Fahrerlose Transportsysteme (FTS)
4.2.1.2 Service- und Transportsysteme (STS)
4.2.1.3 Die Lagerlogistik der Zukunft
4.2.2 Mobile Robotik
4.2.2.1 Anwendungen mobiler Roboter
4.2.2.2 Aufbau und Verhalten mobiler Roboter
5 Alternative und nicht-satellitenbasierte Technologien zur Navigation
5.1 Funkbasierte und terrestrische Navigationstechnologien
5.1.1 Passivradar
5.1.2 Pseudoliten
5.1.3 BAE Systems‘ NAVSOP
5.1.4 Locata
5.1.5 Indoor-Navigation mit WLAN, BLE und VLC
5.2 Neuartige Navigationstechnologien
5.2.1 Echtzeit-Kartierung und –Lokalisierung mit SLAM
5.2.2 DARPA „Positioning, Navigation & Time“ (PNT)
6 Technologiebewertung: SWOT-Analyse
7 Adaptionsmöglichkeiten und Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die zukünftige Lokalisierung und Navigation bei unbemannten Fahrzeugen, da herkömmliche Satellitennavigationssysteme in komplexen Umgebungen oder bei Manipulationsangriffen an ihre Grenzen stoßen. Ziel ist es, alternative, terrestrische und bildbasierte Technologien aus fachfremden Branchen zu identifizieren, zu bewerten und deren Eignung für den Automotive-Bereich zu analysieren.
- Kritische Analyse klassischer Satellitennavigation
- Methoden der Technologiefrüherkennung (Data-Mining, Technology Wargaming)
- Transferpotenziale aus Logistik und Robotik
- Evaluation alternativer Navigationstechnologien (Passivradar, SLAM, Micro-PNTs)
- SWOT-Analyse zur Technologiebewertung für hybride Navigationsansätze
Auszug aus dem Buch
2.3.5 Manipulationsmöglichkeiten und Gegenmaßnahmen
Neben den in Abschnitt 2.2.5 dargelegten natürlichen Fehlerursachen, die zu einer Ungenauigkeit der GPS-Positionierung führen, gibt es Möglichkeiten zur Manipulation des GPS-Empfangs. Heute können so genannte GPS-Jammer, die sich im low-cost Bereich platzieren, einen erheblichen Radius von bis zu 50 km beeinträchtigen und GPS-Signale sogar verfälschen. Betrachtet man nun den Anwendungsfall des autonomen Fahrzeuges, so ist diese Gefahr einzudämmen. Das heute noch unkalkulierbare Risiko verblüfft Wissenschaftler und erfahrene Schiffskapitäne. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, den GPS-Empfang zu manipulieren:
So wurde an der University of Texas im Jahre 2013 eindrucksvoll demonstriert, wie eine Yacht vom richtigen Kurs fehlnavigiert wurde. Hierbei wurde ein modifizierter GPS-Sender auf dem Schiff installiert und die Sendeleistung erhöht, um die Feldstärke des ursprünglichen und authentischen GPS-Signals zu überstrahlen. Anschließend wurde der Kurs um drei Grad geändert. Die stets falsch übertragenen GPS-Positionsdaten hatten am Ende die Folge, dass die Yacht erheblich vom eigentlichen Kurs abgedriftet war. (vgl. Just/Ciesluk, 2013)
Der Bund Deutscher Kriminalbeamter weist dazu hin, dass häufig bei Autodiebstählen das Orten per GPS kein Erfolg bringt, da die Kriminellen oft GPS-Jammer einsetzen und somit den GPS-Empfang blocken. Im Jahre 2013 melden die Nachrichten, dass mitten im Londoner Finanzzentrum Navigationsgeräte ausfallen, sogar Börsenkurse sich nicht änderten. Ein Fahrer eines Lieferservices nutze einen GPS-Jammer, weil er sich von der Zentrale aus nicht lokalisieren lassen wollte. (vgl. Buntrock et al., 2014)
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung in das Thema: Das Kapitel erläutert die Beweggründe und die Fragestellung der Arbeit, wobei der Fokus auf der Unzulänglichkeit herkömmlicher Satellitennavigation für unbemannte Fahrzeuge liegt.
2 Stand der Navigationstechnik: Hier werden die Grundlagen der GNSS-Navigation sowie deren Schwachstellen, wie Manipulationsanfälligkeit und begrenzte Genauigkeit, detailliert dargestellt.
3 Technologiemanagement und Methodenauswahl: Dieses Kapitel führt Werkzeuge der Technologiefrüherkennung ein, um systematisch neue Lösungen zur Navigation aus non-automotive Branchen zu identifizieren.
4 Untersuchungsraum und Branchenanalyse: Es erfolgt eine Analyse der Potenzialbranchen Logistik und Robotik, um deren technologische Entwicklungen für die Fahrzeuglokalisierung zu sondieren.
5 Alternative und nicht-satellitenbasierte Technologien zur Navigation: Dieser Teil präsentiert konkrete alternative Technologien wie Passivradar, Pseudoliten, SLAM und Micro-PNTs als Ergänzung zur Satellitennavigation.
6 Technologiebewertung: SWOT-Analyse: Die identifizierten Technologien werden mittels SWOT-Analyse hinsichtlich ihrer Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken systematisch bewertet.
7 Adaptionsmöglichkeiten und Zusammenfassung: Abschließend werden die Ergebnisse zusammengeführt und die Vorteile einer hybriden Navigation für künftige unbemannte Fahrzeuge aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Unbemannte Fahrzeuge, Lokalisierung, Navigation, Satellitennavigation, GNSS, GPS, Technologiefrüherkennung, Data-Mining, Robotik, Intralogistik, Passivradar, SLAM, Sensorfusion, Micro-PNT, Hybride Navigation
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie unbemannte Fahrzeuge in Zukunft sicher und exakt lokalisiert und navigiert werden können, insbesondere wenn herkömmliche Satellitennavigationssysteme ausfallen oder manipuliert werden.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themenfelder umfassen die klassische GNSS-Navigation, moderne Technologiemanagement-Methoden, Entwicklungen in der Logistik und Robotik sowie alternative Ortungstechnologien.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist es, neue Technologien und Lösungen aus non-automotive Branchen zu identifizieren, die eine hochgenaue, zuverlässige und manipulationssichere Navigation unbemannter Fahrzeuge ermöglichen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es kommen Methoden der Technologiefrüherkennung wie das Data-Mining (mit dem Tool „Topic Analyst“) sowie die C-K-Analyse zur Identifikation von Potenzialbranchen zum Einsatz.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Stand der Technik, wählt Methoden zur Technologiebewertung aus, untersucht relevante Branchen und stellt alternative Technologien wie Passivradar, SLAM und PNT-Programme vor.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Schlüsselwörter sind unter anderem Unbemannte Fahrzeuge, Lokalisierung, GNSS, SLAM, Sensorfusion, Micro-PNT und Hybride Navigation.
Warum ist die klassische Satellitennavigation für unbemannte Fahrzeuge oft unzureichend?
Sie ist anfällig für Störsignale (Jamming/Spoofing), bietet in Urban Canyons oder Gebäuden oft keine ausreichende Signalqualität und erreicht nicht die für präzise Fahrmanöver erforderliche Zentimetergenauigkeit.
Was versteht man unter dem in der Arbeit beschriebenen "Technologie-Kollektiv"?
Das Technologie-Kollektiv bezeichnet das Zusammenspiel verschiedener nicht-satellitenbasierter Systeme, die sich gegenseitig ergänzen, um eine lückenlose und sichere Navigation zu gewährleisten.
Welche Rolle spielt die Robotik-Branche bei der Lösung der Navigationsprobleme?
Die Robotik-Branche liefert durch Technologien wie SLAM und fortschrittliche Sensorfusion wichtige Ansätze für die Umgebungs- und Hinderniserkennung, die auf unbemannte Fahrzeuge übertragen werden können.
Was zeichnet die "hybride Navigation" aus, die der Autor am Ende vorschlägt?
Die hybride Navigation kombiniert On-Board-Sensorik und intelligente Algorithmen mit Off-Board-Referenzsystemen (wie WLAN, Pseudoliten oder terrestrischen Funknetzen), um eine robuste und unabhängige Navigation zu garantieren.
- Citar trabajo
- Fatih Senel (Autor), 2015, Lokalisierung und Navigation bei unbemannten Fahrzeugen. Technologie-Bewertung und -Analyse, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/703138
