ترفند دانشمندان برای افزایش دقت ناوبری ماهواره‌ای در محیط‌های شهری
یک روش جدید موقعیت‌یابی مبتنی بر گوشی هوشمند در سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای جهانی برای غلبه بر چالش‌های مربوط به محیط‌های پرتراکم شهری توسعه یافته است. در این مناطق، ساختمان‌های بلند اغلب سیگنال‌های ماهواره‌ای را مسدود یا منعکس می‌کنند که باعث ایجاد ناهماهنگی در ناوبری عابران پیاده می‌شود. روش جدید که با عنوان «تطبیق پیاده‌رو» شناخته می‌شود، از حسگرهای گوشی هوشمند و یک نقشه ساده مخصوص عابران برای بهبود دقت موقعیت‌یابی تا حد ۵ متر استفاده می‌کند.
این روش نوآورانه می‌تواند تحولی اساسی در کاربردهایی ایجاد کند که نیازمند شناسایی دقیق جهت خیابان هستند، مانند سامانه‌های جلوگیری از برخورد عابران، خدمات تاکسی اینترنتی و نظارت بر عبور غیرمجاز از خیابان. با افزایش افزونگی در اندازه‌گیری‌ها، این روش کاستی‌های روش‌های معمول ناوبری ماهواره‌ای جهانی (GNSS) را در محیط‌های شهری پیچیده برطرف می‌کند.
چالش‌های GNSS در مناطق پرتراکم شهری
سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای جهانی برای بسیاری از خدمات مبتنی بر مکان ضروری هستند، اما کارایی آن‌ها در مناطق پرتراکم شهری به‌شدت کاهش می‌یابد. تجمع ساختمان‌های بلند باعث ایجاد خطاهای چند‌مسیره (Multipath) و دید غیرمستقیم (NLOS)، منجر به عدم دقت در موقعیت‌یابی به‌ویژه در جهت عرضی خیابان‌ها می‌شود. این امر تشخیص دقیق سمت خیابان برای عابران پیاده را دشوار می‌کند که برای ناوبری ایمن و دقیق ضروری است.
راه‌حل‌های موجود، مانند مدل‌سازی سه‌بعدی ساختمان‌ها یا طبقه‌بندی سیگنال مبتنی بر یادگیری عمیق، نیازمند منابع گسترده یا داده‌های آموزشی وسیع هستند و اجرای آن‌ها در مقیاس گسترده دشوار است. بنابراین، نیاز به رویکردی در دسترس‌تر و مطمئن‌تر برای بهبود ناوبری عابران پیاده در چنین محیط‌هایی به‌شدت احساس می‌شود.
توسعه روش تطبیق پیاده‌رو
در روش تیم تحقیقاتی از دانشگاه‌های شنژن (Shenzhen University)، پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ (Hong Kong Polytechnic University) و ووهان (Wuhan University) چین از حسگرهای گوشی هوشمند همراه با نقشه‌های مخصوص عابران برای ارائه موقعیت‌یابی دقیق در مناطق پرتراکم شهری استفاده می‌کند. با شناسایی دینامیکی جهت خیابان و حذف سیگنال‌های NLOS، این روش دقت GNSS را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد و آن را برای کاربردهای آنی عابران پیاده ایده‌آل می‌کند.
این روش از حسگرهای گوشی هوشمند و داده‌های شبکه پیاده‌روی برای بهبود دقت GNSS استفاده می‌کند. الگوریتم آن با شناسایی نیمی از آسمان که دارای سیگنال‌های مستقیم (LOS) بیشتری است، جهت صحیح خیابان را تعیین می‌کند. با تحلیل نسبت سیگنال به نویز (C/N0) و زوایای سمت‌یابی ماهواره‌ها، سامانه می‌تواند با استفاده از روش «پنجره لغزان»، اندازه‌گیری‌های نادرست را فیلتر کند و اطمینان حاصل کند که فقط داده‌های معتبر استفاده می‌شوند.
یکی از ویژگی‌های کلیدی این روش، استفاده از «ناوبری مرده عابران» (PDR) است که با استفاده از شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌های گوشی هوشمند، موقعیت‌یابی GNSS را به‌ویژه در تقاطع‌ها تایید می‌کند، جایی که روش‌های معمول ممکن است با مشکل مواجه شوند. آزمایش‌های گسترده انجام‌شده در هنگ‌کنگ نشان داد که این روش دقت موقعیت‌یابی کمتر از ۵ متر را فراهم می‌کند که بسیار دقیق‌تر از روش‌های معمول GNSS است که در محیط‌های پرتراکم شهری می‌توانند خطاهایی بیش از ۱۸ متر داشته باشند.