Korjausdatan avulla jopa senttimetriluokan tarkkuuteen yltävät paikannusmenetelmät yleistyvät pian myös massasovelluksissa. Tarkkaa paikannusta voidaan silloin tarjota mantereenlaajuisesti miljoonille laitteille. Luotettava tarkkuus riittää myös turvakriittisiin sovelluksiin kuten itseohjautuviin ajoneuvoihin ja lentolaitteisiin.
| Artikkelin kirjoittaja Peter Fairhurst toimii u-blox-yhtiön paikannustuotteiden tuotelinjajohtajana. |
Tietyn tekniikan menestys riippuu siitä, voidaanko sen avulla ratkaista jokin reaalimaailman ongelma. Hyvä esimerkki on satelliittipohjainen GNSS-paikannus (Global Navigation Satellite System), jonka avulla voidaan osoittaa halutun kohteen sijainti muutaman metrin tarkkuudella ja ratkaista valtavasti jokapäiväiseen elämäämme liittyviä haasteita. Tulevaisuudessa itseohjautuvat ajoneuvot, robotit ja miehittämättömät ilma-alukset (UAV:t ja dronet) vaativat kaikki automatisoitua navigointia, mikä kasvattaa entistäkin tarkempien paikannusjärjestelmien kysyntää.
Huippuluokan tarkkuuteen yltävä GNSS ei sinänsä ole mikään uusi järjestelmä, sillä erikoistuneilla markkinasektoreilla tämänkaltaisia järjestelmiä on käytetty jo toistakymmentä vuotta. Nämä perinteiset ratkaisut eivät kuitenkaan sellaisenaan sovellu itsenäisesti ohjautuviin ajoneuvoihin tai muihin valtavirran käyttökohteisiin. Sen lisäksi että laitteet ovat kookkaita, painavia ja kalliitta, perinteiset huipputarkat GNSS-järjestelmät eivät skaalaudu. Tämä on kriittinen puute, kun mietitään näiden paikannustoimintojen soveltamista lähiaikoina esimerkiksi kaikkiin autoihin.
Näiden haasteiden voittamiseen on näköpiirissä kaksi toisiaan täydentävää tekijää: GNSS-laitteiden uusi sukupolvi ja uudentyyppiset korjausdatapalvelut. Nämä kaksi avaintekijää yhdessä antavat mahdollisuuden entistä halvempiin huipputarkkoihin GNSS-ratkaisuihin kompaktissa koossa. Ratkaisut ovat myös skaalautuvia ja siten valmiita massamarkkinoille.
Perinteisen paikannuksen puutteet
Korjausdata on pitkään ollut keskeinen tekijä suureen tarkkuuteen yltävissä GNSS-palveluissa. Perinteisissä sovelluksissa käyttäjän paikannuslaite ilmaisee likimääräisen sijaintinsa ja lähettää nämä tiedot korjauspalvelun tarjoajalle. Tämä taas hyödyntää tukiasemien muodostamaa verkkoa GNSS-virheiden määrittämiseen vertaamalla satelliittisignaaleista laskettuja lukemia tukiasemien tunnettuihin paikkakoordinaatteihin.
Korjauspalvelun tarjoaja käyttää sitten näitä tuloksia sijainnin perusteella räätälöityjen korjaustietojen lähettämiseen käyttäjän paikannuslaitteelle. Tällä tekniikalla on onnistuttu tarjoamaan senttimetrien tarkkuuteen yltävää paikannuspalvelua muun muassa maanmittauksen, maanviljelyn ja koneidenohjauksen hyödyksi, mutta järjestelmien erittäin korkeat vuosikustannukset (jopa 1000 euroa laitetta kohti) ovat rajanneet käytön ainoastaan erikoistuneille markkinoille.
Lisäksi perinteiset korjausdatapalvelut toimivat tyypillisesti vain yhdessä maassa tai jopa pienemmällä alueella. Vaikkei tämä ehkä olekaan merkittävä ongelma joillekin sovelluksille (kuten paikalliselle maataloudelle), on myös muita käyttökohteita, joille rajallinen toiminta-alue on hyvin suuri ongelma.
Ajatellaan vaikka käyttäjää, jonka on matkustettava säännöllisesti täysin (tai puoliksi) itseohjautuvalla ajoneuvolla edestakaisin valtionrajan tai kansallisen aluerajan yli. Tai tehtävä kartoitustyötä etäohjatun UAV-lentolaitteen avulla jossain toisessa maassa. Silloin suurella tarkkuudella tapahtuvan paikannuskyvyn ylläpitäminen vaatisi todennäköisesti verkkovierailusopimuksia ja muita ylimääräisiä kustannuksia.
Toinen näihin perinteisiin palveluihin liittyvä ongelma on skaalautuvuus. Palvelut käyttävät kaksisuuntaista matkapuhelinverkon dataliikennettä tietojen siirtämiseen edestakaisin käyttäjän laitteen ja korjausdatan toimittajan välillä. Vaikka tämä vielä toimii laitetiheyden ollessa suhteellisen alhainen, nykyisten matkapuhelinverkkojen infrastruktuuri joutuu ponnistelemaan yltääkseen vaadittuun luottamustasoon, kun korjausdataa palveluntarjoajilta pyytävien laitteiden lukumäärä kasvaa tuhansiin tai jopa miljooniin. Tätä taas ei voida hyväksyä varsinkaan turvakriittisissä sovelluksissa, joissa korjausdatapalvelun käyttömahdollisuuden menettäminen saattaa vaarantaa jopa ihmishenkiä.
Uutta palvelua kehitetään
Asetelma on kuitenkin muuttumassa, kun uuden sukupolven GNSS-korjauspalvelut kykenevät voittamaan nämä ongelmat. Osittain ongelmista päästään eroon, kun asiakaslaitteen ja korjauspalvelun välille ei enää tarvita kaksisuuntaista dataliikennettä.
Sen sijaan että kullekin laitteelle lähetettäisiin sen omaan sijaintiin perustuvat GNSS-korjaustiedot, uuden sukupolven palvelut tuottavat reaaliaikaisen mallinnuksen koko alueen olennaisista paikannusvirheistä. Tämä data lähetetään satelliittien ja/tai netin välityksellä asiakkaiden laitteiden poimittavaksi. Uuden sukupolven GNSS-korjauspalvelujen tärkeä lisäominaisuus on SSR-teknologian (State Space Representation) hyödyntäminen.
Tämä lähestymistapa, jossa mallinnettu reaaliaikainen GNSS-virhedata lähetetään kaikille alueen laitteille – sen sijaan että ylläpidettäisiin kaksisuuntaista datayhteyttä erikseen jokaiseen laitteeseen – avaa ovet suureen tarkkuuteen yltävien GNSS-paikannussovellusten massamarkkinoille. Samalla se myös heikentää aiemmin mainittujen kalliiden erikoispalvelujen liiketoimintamallia.
Japani on toiminut edelläkävijänä GNSS-virhedatan lähettämisessä hyödyntämällä QZSS-satelliittiverkkonsa L6-signaalia ja osoittanut, että tämä lähestymistapa sopii paikannussovellusten valtavirtaan. Vaikka tekniikka on saatavissa tällä hetkellä ainoastaan Japanissa, luotu CLAS-palvelu (Centimeter Level Augmentation Service) on herättänyt laajaa kiinnostusta muun muassa autoteollisuudessa, maataloudessa ja koneidenohjaukseen erikoistuneissa yrityksissä. Esimerkiksi Mitsubishi Electric on jo käyttänyt CLAS-palvelua testatessaan itseohjautuvia ajoneuvoja kenttäkokeissa.
Kiinassa Qianxun SI (Qianxun Spatial Intelligence Inc.) on puolestaan toisenlaisen teknologian edelläkävijä. Tietojen lähettämisen sijaan Qianxun SI hyödyntää järjestelmässään käyttäjien liittämistä GNSS-referenssitukiasemiin. Näin perinteisen paikannustekniikan suorituskyvyn ja sovellusmahdollisuuksien rajoja on voitu laajentaa.
Kiinalainen järjestelmä tarjoaa räätälöityjä korjausdatapalveluja asiakkaille, joita voivat olla yksityiset ihmiset, järjestelmien suunnittelijat ja OEM-laitevalmistajat. Vaikka järjestelmä on menestynyt Kiinassa, tämä lähestymistapa ei ole yhtä houkutteleva maailmanlaajuisesti tuotteitaan myyvien OEM-valmistajien näkökulmasta, sillä se vaatii asiakkaiden itse järjestävän oman paikallisen GNSS-korjausdatansa.
Toinen tärkeä edistysaskel on ollut monikaistaisten GNSS-vastaanottimien yleistyminen. Tämä parantaa paikannustarkkuutta stand alone -käytössä ja tarjoaa siten entistä parempia käyttäjäkokemuksia monissa erityyppisissä sovelluskohteissa. Usealla taajuuskaistalla toimivat vastaanottimetkaan eivät silti yllä senttimetrien tasoiseen tarkkuuteen, jota esimerkiksi liikkuvien robottien ja itseohjautuvien ajoneuvojen käyttäminen vaatii. Näitä laitteita on aina täydennettävä jonkinlaisella korjausdatapalvelulla.
GNSS-korjaustiedot koko maanosasta
Erityisesti Euroopassa, missä on paljon maidenvälisiä rajoja ylittävää matkailu- ja liiketoimintaa, koko mantereen kattavien GNSS-korjauspalvelujen tuoma helppous tarjoaisi valtavasti lisäarvoa. Esimerkiksi Boschin, Geo++:n, Mitsubishi Electricin ja u-bloxin äskettäin perustama yhteisyritys Sapcorda kehittää seuraavan sukupolven GNSS-korjauspalvelua, joka kattaa Euroopan ja Yhdysvaltojen mantereet kokonaan japanilaisten luoman esimerkin pohjalta.
Sapcorda lähettää dataa mantereenlaajuisesti suoraan matkapuhelinverkkojen kautta käyttämättä lainkaan satelliittilinkkejä lähetysten releointiin. Käyttäjät eivät myöskään ole sidottuja mihinkään tiettyyn GNSS-valmistajaan. Dataa jaetaan avoimessa formaatissa niin, että laitteiden valmistajat voivat kehittää täsmälleen sellaisia laiteratkaisuja, joita asiakkaat haluavat.
Pääsy GNSS-korjauspalveluihin mantereenlaajuisesti antaa mahdollisuuden hyödyntää suureen tarkkuuteen yltävää paikannustekniikkaa käyttösovellusten valtavirtaan ja tukea muun muassa IoT-sovelluksia, etäohjattavia lentolaitteita sekä täysin (tai puoliksi) itseohjautuvia ajoneuvoja.
Ratkaisuja muihin haasteisiin
Massamarkkinoille suunnatut huipputarkat GNSS-korjauspalvelut ovat edelleen melko uutta erilaisine liiketoimintamalleineen ja toimittajineen. Esimerkiksi Trimblen tarjoama palvelu ei käytä avointa korjausdatan formaattia ja sen jakama data on yhteensopivaa ainoastaan yhtiön omien GNSS-vastaanottimien kanssa.
Etuna on se, että Trimble voi tarjota asiakkailleen täysin integroidun ja saumattoman ratkaisun, joka on täydellisesti yhteensopiva yhtiön koko tuotevalikoiman kanssa (alueilla joilla on hyvä kattavuus). Maantieteellisesti laajemmille alueille tähtäävien OEM-valmistajien kannattaa kuitenkin puntaroida maailmanlaajuisen kattavuuden tuomia etuja, joita taas tarjoaa joukko avointa dataformaattia käyttäviä korjausdatan toimittajia.
Kuten aiemmin todettiin, suurta tarkkuutta vaativissa turvakriittisissä sovelluksissa käytettävän korjausdatapalvelun tulee aina olla tehtävänsä mukaisella tasolla. Tämä tarkoittaa sitä, että datanlähetys ei saa juuttua ruuhkaan, kun matkapuhelinverkko alkaa täyttyä käyttäjistä. Tätä varten u-blox on tehnyt yhteistyötä alan 3GPP-yhteisön kanssa asianmukaisten standardien luomiseksi. Näiden määritysten avulla voitaisiin varmistaa, että käyttäjille tarjottava palvelu täyttää kaikki sopimukset vaadittavasta palvelutasosta.
Vaikka sekä Kiinassa että Japanissa on käytössä maan kattava paikannusjärjestelmä, Sapcorda on ensimmäinen kokonaiseen maanosaan huipputarkkaa paikannuspalvelua tarjoava yritys. Jos siitä tulee menestys, kyseessä on ensimmäinen järjestelmä, joka kykenee ratkaisemaan eri maiden rajojen ja paikallisten matkapuhelinoperaattorien tuomat haasteet. Toistaiseksi on vielä epäselvää, miten nykyiset korjauspalvelujen tarjoajat tulevat reagoimaan uuteen palvelumuotoon.
Asiakastyytyväisyys ennen muuta
Jotta suureen tarkkuuteen yltävät GNSS-palvelut voisivat yleistyä valtavirran sovelluksissa, niiden on laajan kattavuuden ja avoimuuden lisäksi helpotettava innovointia ja lavennettava toimintojensa houkuttelevuutta tarjoamalla mahdollisuuksia kapeiden erikoissektorien vaatimiin erityisominaisuuksiin. Kuten muillakin teollisuudenaloilla asiakkaan tyytyväisyys käy kaiken muun edelle, jos vain teknologia kykenee täyttämään kaikki vaatimukset.
Valtioiden välisten rajojen ja maiden sisäisten aluerajojen sekä ristiriitaisten määräysten aiheuttama monimutkaisuus ei saa näkyä loppukäyttäjille, ja ilmenevät ongelmat on kyettävä siirtämän asiakkailta palveluntarjoajille. Näin menetellään jo joillakin alueilla, joilla laitevalmistajat tekevät yhteistyötä korjausdatan tarjoajien kanssa ja mahdollistavat näin palvelun aiheuttamien kustannusten sisällyttämisen loppukäyttäjän maksamiin laitekustannuksiin.
Paikannuksen vallankumous
Sen lisäksi että GNSS-palveluilla voidaan tukea joitakin kehitettäviä automaattisia navigointiratkaisuja, suureen tarkkuuteen yltävät uuden sukupolven GNSS-palvelut tuovat mukanaan järisyttäviä muutoksia koko teollisuusalalle. Sveitsiläinen u-blox-yhtiö on sitoutunut toteuttamaan oman osuutensa tämän ekosysteemin muodostamisessa. Yhtiön osaomistus Sapcordasta osoittaa halua tarjota avoimia, luotettavia ja tarkkoja paikannuspalveluja. Tarkoitus on myös aktiivisesti alentaa paikannusjärjestelmien kokonaiskustannuksia GNSS-laitteiden massamarkkinoille suunnatulla kattavalla tuotevalikoimalla.
Erittäin suureen tarkkuuteen yltävän GNSS-teknologian yleistyminen yhdistettynä massamarkkinoille suunnattuihin liiketoimintamalleihin merkitsee sitä, että tulevat vuodet ovat tällä alueella erittäin jännittäviä. Nykyistä markkinatilannetta sekoittamalla tämä uusi teknologia tulee tarjoamaan paljon uusia mahdollisuuksia niille yrityksille, jotka ovat valmiita tarttumaan tilaisuuteen.
Lisätietoja suureen tarkkuuteen yltävistä paikannuspalveluista on saatavissa u-bloxin sivuilta: https://www.u-blox.com/en/high-precision-positioning
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
