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School of Engineering

Masterabsolvent gewinnt Mathematikpreis

In seiner Masterarbeit hat ZHAW-Absolvent Philipp Schmid einen Algorithmus für moderne Navigationstechnologien entwickelt. Die Positionsbestimmung erfolgt dabei ohne Satellitenkontakt. Die Gesellschaft für Mathematik an Schweizer Hochschulen hat in dafür mit einem Preis ausgezeichnet.

Die Gesellschaft für Mathematik an Schweizer Fachhochschulen (GMFH) zeichnet regelmässig Bachelor- oder Masterarbeiten aus, die den Einsatz von Mathematik in einer praktischen Anwendung oder in einer theoretischen Abhandlung überzeugend aufzeigen. Im Rahmen der jährlichen GMFH-Tagung erhielt nun ZHAW-Absolvent Philipp Schmid die Auszeichnung. In seiner Masterarbeit «Visual Inertial Odometry with Stereo Camera» in der Vertiefung Information and Communication Technologies entwickelte er einen sogenannten Visual-Odometry-Algorithmus zu Navigationszwecken.

Neue Technologie senkt Aufwand und Kosten
Herkömmliche Navigationssysteme haben den Nachteil, dass sie auf zusätzliche Infrastruktur angewiesen sind. So brauchen GPS-basierte Anwendungen, die auf ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) zugreifen müssen, immer direkten Kontakt zu Satelliten. GPS ist zwar für den Anwender günstig. Dafür ist es nicht in geschlossenen Räumen nutzbar. Andere infrastrukturbasierte Systeme, die auch für geschlossene Räume geeignet sind, bedeuten jedoch oft hohe Kosten und grösseren Installationsaufwand. Visual Inertial Odometry (VIO) ist dagegen eine neuartige Technologie zur Feststellung der Position und Orientierung eines Objekts in seiner Umgebung. Als Sensorsignale dienen lediglich Kamerabilder sowie Drehrate und Beschleunigung, die mit einer inertialen Messeinheit (IMU) gemessen werden. Zum Einsatz kommt dies heutzutage schon in Virtual Reality-Anwendungen oder in der Robotik. «Ich kann mir gut vorstellen, dass sich die kamerabasierte Lokalisierung in der Industrie etablieren wird», sagt Philipp Schmid. «Es wird stark an der Demokratisierung der Technologie gearbeitet. Big Player genauso wie kleinere Firmen und Hochschulen machen derzeit grosse Fortschritte.»

Weniger Rechenaufwand dank fusionierten Daten
Der von Philipp Schmid erstellte VIO-Algorithmus ist auf verschiedenste mobile Anwendungen übertragbar. Er basiert auf getrennten Modulen für die Bewegungsschätzung und die Kartierung. Im Kartierungsmodul wird eine Karte der Umgebung erstellt und laufend erweitert. Die Bewegungsschätzung bestimmt die Position und Orientierung relativ zu dieser Karte. Mittels eines Extended-Kalman-Filters werden die Daten von Kamera und IMU fusioniert. Durch dieses mathematische Verfahren kann die Position von Merkmalen in den Bildern genau vorhergesagt und so der Rechenaufwand des Algorithmus erheblich verringert werden. Der neue Algorithmus hat die GMFH-Jury zur Preisvergabe motiviert. Philipp Schmid freut sich über die Auszeichnung: «Er spiegelt meine Affinität wider, die ich für das Thema habe. Schon seit der Primarschule hat mich Mathematik immer besonders motiviert.»