Tarkan paikkatiedon saaminen sisätiloissa ja muissa kohteissa, joissa satelliittisignaalit eivät ole käytettävissä, on edelleen iso haaste ja tutkimuskohde. Diplomi-insinööri Henri Nurminen kehitti väitöstyössään tilastomatematiikkaan perustuvia laskenta-algoritmeja, joilla parannetaan erilaisten paikannusjärjestelmien tarkkuutta.

Nurmisen Tampereen teknilliseen yliopistoon tekemässä väitöskirjassa kehitetyt laskenta-algoritmit tarjoavat vaihtoehtoja perinteisille Gaussin todennäköisyysjakaumaan eli normaalijakaumaan perustuville laskenta-algoritmeille. Perinteiset menetelmät ovat matemaattisesti yksinkertaisia, mutta eivät Nurmisen mukaan tarjoa parasta mahdollista tarkkuutta vaativissa paikannustilanteissa.

– Monet käyttävät normaalijakaumaa tiedostamattaankin. Esimerkiksi mittausten keskiarvon laskeminen ja muut niin kutsutut pienimmän neliösumman menetelmät ovat optimaalisia arvioita suureesta nimenomaan silloin, kun mittauspoikkeamat ovat jakautuneet normaalijakauman mukaisesti, Nurminen selittää.

Paikannusteknologioina Nurminen käytti radiosignaalien kulkuaikoihin perustuvaa paikannusta ja kartta-avusteista sisätilapaikannusta. Kulkuaikamittauksia käytetään esimerkiksi satelliittipaikannuksessa. Ne ovat useimmiten erittäin tarkkoja, mutta este suoralla mittauslinjalla ja heijastuneen signaalin tulkitseminen mittaukseksi aiheuttavat ajoittain suuria mittausvirheitä. Tästä syystä esimerkiksi satelliittipaikannuksen tarkkuus on heikompi kaupungeissa kuin harvaan rakennetuilla alueilla.

– Normaalijakauma ei mallinna näitä suuria virheitä vaan olettaa, että mittauspoikkeamat ovat ”nipussa” nollan ympäristössä. Siksi edistyneemmällä tilastollisella mallinnuksella voidaan parantaa paikannustarkkuutta huomattavasti, Nurminen kertoo.

Sisätilapaikannuksessa pohjapiirrosta voidaan käyttää karttamittauksena. Karttamittaukset helpottavat erityisesti käyttäjän sijaintihuoneen määritystä, mikä parantaa sisätilapaikannuksen käyttäjäkokemusta. Laajamittainen sisätilapaikannus vaatii erilaisten mittausten yhdistämistä, koska vaadittu tarkkuus on usein suuri ja satelliittisignaalit eivät juuri yllä sisätiloihin.

– Paikannuksessa käytettyjä mittausteknologioita ei myöskään aina ole alun perin suunniteltu paikannukseen. Esimerkkeinä tällaisista ovat langattomien tietoliikenneverkkojen signaalit tai matkapuhelimen anturit.

Henri Nurminen teki väitöstyönsä TTY:n paikannusalgoritmien tutkimusryhmässä TTY:n tutkijakoulun tohtorikoulutettavana. Automaatio- ja systeemitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Estimation Algorithms for Non-Gaussian State-Space Models with Application to Positioning (Epägaussisten tila-avaruusmallien estimointimenetelmiä paikannussovelluksiin) tarkastetaan TTY:n teknisten tieteiden tiedekunnassa ensi perjantaina.