Integrated Positioning System
Technologiedemonstration – Eigenverortung in unbekannter Umgebung
Das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme hat in den vergangenen zehn Jahren die Technologie „Integrated Positioning System“ (IPS) entwickelt. IPS ist speziell für die Echtzeit-Eigenverortung und 3D-Kartierung in unbekannten Indoor- und Outdoor-Umgebungen geschaffen worden, bei denen keine externen Verortungsinfrastrukturen, wie GNSS oder Wi-Fi, beziehungsweise diese nur eingeschränkt zur Verfügung stehen. Das DLR überführt die Technologie derzeit gemeinsam mit dem Industriepartner Deutsche Montan Technologie (DMT) in die kommerzielle Anwendung.
Vorbild für das IPS ist der menschliche Orientierungssinn. Seh- und Gleichgewichtssinn werden mittels einer Stereokamera und einer (low-cost) inertialen Messeinheit (IMU) sensorisch nachgebildet und die Sensordaten in einem erweiterten Kalman-Filter verarbeitet und fusioniert. Das Ergebnis ist die Position und Lage im Raum, beschrieben durch die sechs Freiheitsgrade der äußeren Orientierung. Diese Daten werden für Messsysteme/Anwendungen benötigt, die einen räumlichen Bezug zu ihrer Umwelt erfordern. Aus den Einzelmessungen wird über die Laufzeit eine Trajektorie, das heißt der zurückgelegte Weg abgeleitet. Das Verfahren ist gegenüber Störungen robust, da sich die physikalischen Eigenschaften der Sensoren ideal ergänzen. Es liefert in Echtzeit und ohne externe Verortungssensorik genauere Ergebnisse, derzeit 0,2 Prozent der zurückgelegten Wegstrecke, als es heutzutage ausschließlich mit optisch oder inertial basierten Navigationssensoren gleicher Leistungsklasse möglich ist. Die Navigationsdaten werden weiterhin dazu verwendet, aus den berechneten Tiefenkarten der IPS-Stereokameradaten räumlich referenzierte Punktwolken nahezu beliebiger Größe zu erzeugen.
IPS ist ein Multisensorkonzept: Bei Bedarf können weitere externe Verortungssensoren sowie anderweitige Sensoren, zum Beispiel mobile Prüfsensorik, integriert werden. Deren Daten werden über IPS zeitlich räumlich referenziert. Dies ist für verschiedenste visuelle Inspektions- und Wartungsaufgaben von großer Bedeutung. IPS wird in Funktionalität und Performanz stetig weiterentwickelt. Dazu führt das Institut Forschungsund Entwicklungsarbeiten durch und kooperiert mit verschiedenen Industriepartnern. IPS hat dadurch in den vergangenen Jahren eine Katalysatorfunktion für eine Vielzahl von mobilen Anwendungen im Rahmen der Digitalisierung und Industrie 4.0 bekommen.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Adrian Schischmanow · E-Mail: adrian.schischmanow@dlr.de · DLR.de
