06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

To prevent terror attacks in which trucks are used as weapons as happened in Nice or Berlin in 2016, the European Project Autonomous Emergency Maneuvering and Movement Monitoring for Road Transport Security (TransSec) was launched in 2018. One crucial point of this project is the development of a map-aiding approach for the localization of vehicles on digital maps, so that the information in digital map data can be used to detect prohibited driving maneuvers, such as offroad or wrong-way drivers. For example, a lane-level map-aiding approach is required for wrongway driver detection. Navigation Data Standard (NDS) is one of the worldwide map standards developed by several automobile manufacturers. So far, there is no lane-level NDS map covers a large area, therefore, it was decided to use the latest available NDS map without lane level accuracy. In this paper, a lane-level map-aiding approach based on a non-lane-level NDS map is presented. Due to the inaccuracy of vehicle position and digital map the map-aiding does not always provide the correct results, so probabilities of off-road and wrong-way diver detection are estimated to support risk estimation. The performance of the developed map-aiding approach is comprehensively evaluated with both real and simulated trajectories.

Das Monitoring von Bauwerken und natürlichen Objekten ist einer der zentralen Aufgabenbereiche der Ingenieurgeodäsie. Mit Low-Cost Ein-Frequenz GPS-Empfängern steht im Vergleich zu den konventionellen geodätischen Zwei-Frequenz GNSS-Empfängern eine kosteneffektivere Alternative zur Verfügung, insbesondere für geodätische Monitoring Applikationen, bei denen mehrere Empfänger eingesetzt werden. Zahlreiche Voruntersuchungen zeigen, dass Low-Cost Ein-Frequenz GPS-Empfänger unter Nutzung von Phasendaten bei kurzen Basislinien ein vergleichbares Ergebnis wie geodätische GNSS-Empfänger erreichen können. Stationsabhängige Fehler, insbesondere die Mehrwegeeffekte, sind dabei die dominierende Fehlerquelle für kurze Basislinien. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines koordinatenbasierten Algorithmus, der eine Reduktion der Auswirkungen der Mehrwegeeffekte in Nahe-Echtzeit ermöglicht, so dass die Qualität der Low-Cost-GPS Zeitreihen für Monitoring Applikationen verbessert werden kann. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Mehrwegeeffekte zunächst durch Verwendung einer L1-optimierten Choke-Ring Grundplatte reduziert. Die Genauigkeit kann dadurch um ca. 50 % verbessert werden, die Standardabweichung des Einzelwertes (1σ) in der dreidimensionalen Position liegt damit bei etwa 11 mm. Anschließend werden zwei koordinatenbasierte Methoden entwickelt, um die harmonischen Schwingungen, die in den Zeitreihen auftreten und wahrscheinlich durch die Mehrwegeeffekte hervorgerufen sind, zu reduzieren. Dabei werden jeweils die zeitlichen und räumlichen Korrelationen von mehreren, dicht nebeneinander stehenden Low-Cost Ein-Frequenz GPS-Empfängern berücksichtigt (Methode 1 basiert auf den zeitlichen Korrelationen und Methode 2 auf den räumlichen Korrelationen). Durch Anwendung der beiden Methoden wird die Genauigkeit der Zeitreihen der Low-Cost-GPS Empfangssysteme nochmals um etwa 50 % verbessert. Die wichtigste Anforderung an ein Monitoring System ist, dass richtige Aussagen über geometrische Änderungen des überwachten Objekts rechtzeitig zur Verfügung stehen. Daher wird die Qualität der GPS-Messung für Monitoring Applikationen durch zwei Qualitätsmerkmale beschrieben: Genauigkeit und Korrektheit der Aussage. Die Korrektheit der Aussage kann durch die Rate des unterlassenen Alarms und die Rate des falschen Alarms parametrisiert werden. Durch die Verbesserung der Genauigkeit wird die Rate des unterlassenen Alarms, insbesondere für kleine Deformationen, reduziert. Die Aussagen stehen als Nahe-Echtzeit-Lösungen zur Verfügung: Mit einem Zeitverzug von 30 Minuten kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob eine Deformation vorliegt. Die Raten des unterlassenen Alarms bei einer Deformationsgröße von 1 σ werden von 91,3 % jeweils auf 51,4 % (durch Methode 1) bzw. auf 43,1 % (durch Methode 2) reduziert. Die Raten des falschen Alarms der Methode 1 und 2 sind allerdings von 0,0 % jeweils auf 1,3 % und 4,9 % leicht gestiegen. Insgesamt wird die Korrektheit der Aussage durch die zwei Methoden verbessert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Qualität des Low-Cost-GPS Empfangssystem durch die zwei Methoden und die L1-optimierte Choke-Ring-Grundplatte deutlich verbessert werden. Das vorgestellte Low-Cost-GPS Empfangssystem stellt somit ein kostengünstiges, genaues und zuverlässiges System für Monitoring Applikationen dar.

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