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2024-08-20 11:24:07 +02:00
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030_einleitung.tex
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\chapter{Einleitung}
\section{Motivation}
Allgemeine Positionsbestimmungen mittels GNSS im Meterbereich sind bereits für viele Anwendungsbereiche ausreichend. So konnte damit die Navigation im Automobilbereich revolutioniert werden, indem die eigene Position auf digitalisierten Karten angezeigt wurde. Dadurch kann die Route zum Ziel berechnet werden und die Fahrenden können mit Anweisungen zum Ziel navigieren. Dabei kam das erste GPS basierte Navigationsgerät 1990 auf den Markt. Allerdings wurde die reine Navigation mittels GPS erst möglich, als die künstlichen Beschränkungen des Systems entfernt wurden \cite[]{wikiNavi}.
Allgemeine Positionsbestimmungen mittels Satelliten im Meterbereich sind bereits für viele Anwendungsbereiche ausreichend. So konnte damit die Navigation im Automobilbereich revolutioniert werden, indem die eigene Position auf digitalisierten Karten angezeigt wurde. Dadurch kann die Route zum Ziel berechnet werden und die Fahrenden können mit Anweisungen zum Ziel navigieren. Dabei kam das erste Satelliten basierte Navigationsgerät 1990 auf den Markt. Allerdings wurde die reine Navigation mittels GPS erst möglich, als die künstlichen Beschränkungen des Systems entfernt wurden \cite[]{wikiNavi}.
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Durch hochgenaue Positionsbestimmungen konnten weitere Anwendungsbereiche erschlossen werden. Dabei sind einige von diesen Positionslösungen auf geschlossene Systeme wie beispielsweise in Lagerhallen für automatische Lagerhaltung mit selbstfahrenden Robotern begrenzt. Da jedoch auch der Bedarf nach globalen hochgenauen Systemen zur Positionsbestimmung bestand, wurden die GNSS weiterentwickelt und es wurde die Möglichkeit geschaffen durch kontinuierliche Referenzmessungen die Genauigkeit in den niedrigen Zentimeterbereich anzuheben \cite[]{Bauer2018}.
Durch hochgenaue Positionsbestimmungen konnten weitere Anwendungsbereiche erschlossen werden. Dabei sind einige von diesen Positionslösungen auf geschlossene Systeme begrenzt, wie beispielsweise in Lagerhallen für automatische Lagerhaltung mit selbstfahrenden Robotern. Da jedoch auch der Bedarf nach globalen hochgenauen Systemen zur Positionsbestimmung bestand, wurden die GNSS weiterentwickelt und es wurde die Möglichkeit geschaffen durch kontinuierliche Referenzmessungen die Genauigkeit in den einstelligen Zentimeterbereich zu verbessern \cite[]{Bauer2018}.
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Mit dieser Genauigkeit ist es etwa möglich, kartografische Aufgaben mit GNSS und RTK zu bewältigen. Neben anderen Industriezweigen profitiert die Landwirtschaft ebenfalls von dieser Technologie, indem Traktoren damit in der Spur gehalten werden und so die Felder effizienter bewirtschaften können. Neben der professionellen Landwirtschaft kommt RTK inzwischen auch in kleineren Gärten zum Einsatz in Form von autonomen Rasenmähern. Diese können dadurch ohne physische Begrenzungen im Garten navigieren und gewünschte Schnittmuster erzeugen \cite[]{rasenRtk}.
Mit dieser Genauigkeit ist es etwa möglich, kartografische Aufgaben zu bewältigen. Neben anderen Industriezweigen profitiert die Landwirtschaft ebenfalls von dieser Technologie, indem Traktoren damit in der Spur gehalten werden und so die Felder effizienter bewirtschaften können. Neben der professionellen Landwirtschaft kommt RTK inzwischen auch in kleineren Gärten zum Einsatz in Form von autonomen Rasenmähern. Diese können dadurch ohne physische Begrenzungen im Garten navigieren und gewünschte Schnittmuster erzeugen \cite[]{rasenRtk}.
\section{Zielsetzung}
\label{sec:zielsetzung}
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Wenn der erste Bereich abgeschlossen ist, kann mit dem zweiten begonnen werden. In diesem soll das bestehende Projekt erweitert werden, sodass dieses die Daten von der Referenzstation nutzt. Mit der dadurch zu erlangenden Positionsbestimmung soll eine autonome Navigation entlang von zuvor manuell abgefahrenen Routen ermöglicht werden. Um die Steuerung des Fahrzeugs zu erleichtern, soll dem Projekt ein Gyroskop hinzugefügt werden.
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In dem letzten Bereich sollen die Erkenntnisse aus den ersten beiden Bereichen gesammelt und analysiert werden. Dazu sollen verschiedene Tests durchgeführt werden, welche die erarbeiteten Funktionen testen. Zusätzlich soll ein Vergleich zwischen der aus dem ersten Bereich errichteten Referenzstation und dem vom Bund betriebenen Netz aus Referenzstationen im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit gezogen werden.
In dem letzten Bereich sollen die Erkenntnisse aus den ersten beiden Bereichen gesammelt und analysiert werden. Dazu sollen verschiedene Tests durchgeführt werden, welche die erarbeiteten Funktionen testen. Zusätzlich soll ein Vergleich zwischen der aus dem ersten Bereich errichteten Referenzstation und dem von der Bundesrepublik Deutschland betriebenen Netz aus Referenzstationen im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit gezogen werden.
\section{Ausgangssituation}
Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb zum autonomen Navigieren mittels GNSS vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt, die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, einen abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit \cite{Klein2023} zu finden. Zusätzlich beschreibt der Abschnitt \ref{sec:rover} den Rover in zusammengefasster und für diese Arbeit angepasster Form.
Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb zum autonomen Navigieren mittels GNSS vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt, die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, einen abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit \cite{Klein2023} zu finden. Zusätzlich beschreibt der Abschnitt \ref{sec:rover} den Rover in zusammengefasster und für den Kontext diese Arbeit angepasster Form.
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Dem Rover liegt eine Fernbedienung zur Steuerung des Systems bei, diese wurde ebenfalls in der genannten Arbeit entworfen und verfügt über 7 Taster, einem Joystick und einem Display. Dadurch konnte die vollständige Benutzerschnittstelle auf der Fernbedienung abgebildet werden.
Dem Rover liegt eine Fernbedienung zur Steuerung des Systems bei, diese wurde ebenfalls in der genannten Arbeit entworfen und verfügt über 7 Taster, einen Joystick und ein Display. Dadurch konnte die vollständige Benutzerschnittstelle auf der Fernbedienung abgebildet werden.
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