A maioria de nós raramente questiona a precisão do ponto GPS que mostra nossa localização em um mapa.
No entanto, ao visitar uma nova cidade e usar nosso celular para navegar, pode parecer que estamos saltando de um lugar para outro, mesmo enquanto caminhamos com firmeza pela mesma calçada.
“As cidades são brutais para a navegação por satélite”, explicou Ardeshir Mohamadi.
Mohamadi, um doutorando na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU), está pesquisando como tornar receptores GPS (como os encontrados em smartphones e relógios de fitness) muito mais precisos sem depender de caros serviços de correção externos.
A alta precisão é especialmente vital para veículos que dirigem sozinhos – carros autônomos.
Canyons urbanos
Mohamadi e sua equipe na NTNU desenvolveram um novo sistema que permite que veículos autônomos naveguem com segurança por ambientes urbanos densos.
“Nas cidades, o vidro e o concreto fazem os sinais de satélite ricochetearem. Edifícios altos bloqueiam a visão, e o que funciona perfeitamente em uma rodovia aberta não é tão eficaz ao entrar em uma área urbanizada”, disse Mohamadi.
Quando os sinais GPS refletem nos edifícios, levam mais tempo para chegar ao receptor. Esse atraso afeta o cálculo da distância até os satélites, tornando a posição relatada imprecisa.
Esses ambientes urbanos complexos são conhecidos como ‘canyons urbanos’. É semelhante a estar no fundo de um desfiladeiro profundo, onde os sinais chegam até você apenas após múltiplas reflexões das paredes.
“Para veículos autônomos, isso faz a diferença entre um comportamento seguro e confiante e uma condução hesitante e pouco confiável. É por isso que desenvolvemos o SmartNav, um tipo de tecnologia de posicionamento projetada para ‘canyons urbanos'”, explicou Mohamadi.
Quase até o centímetro
Não apenas os sinais de satélite são perturbados entre os edifícios altos, mas os sinais que são corretos não possuem precisão suficiente.
Para resolver esse problema, os pesquisadores combinaram várias tecnologias diferentes para corrigir o sinal. O resultado é um programa de computador que pode ser integrado ao sistema de navegação de veículos autônomos.
Para alcançar isso, eles receberam ajuda de um novo serviço do Google, mas antes de prosseguirmos, pode ser útil entender como funciona o GPS:
O GPS – Sistema de Posicionamento Global – é composto por muitos pequenos satélites orbitando a Terra. Os satélites enviam sinais usando ondas de rádio, que são recebidas por um receptor GPS. Quando o receptor recebe esses sinais de pelo menos quatro satélites, ele consegue calcular sua posição.
O sinal consiste em uma mensagem com um código que indica a posição do satélite e o tempo exato em que o sinal foi transmitido – como uma mensagem de texto enviada pelo satélite.
Substituindo o código pela onda
É esse código que muitas vezes se torna incorreto quando o sinal se reflete entre os edifícios de uma cidade. A primeira solução que os pesquisadores da NTNU estudaram foi descartar o código completamente. Em vez disso, informações sobre a onda de rádio podem ser utilizadas.
A onda está se movendo para cima ou para baixo quando chega ao receptor? Isso é chamado de fase portadora da onda.
“Usar apenas a fase portadora pode fornecer uma precisão muito alta, mas leva tempo, o que não é muito prático quando o receptor está em movimento”, disse Mohamadi.
O problema é que você precisa ficar parado até que o cálculo esteja bom o suficiente – não apenas por um microssegundo, mas por vários minutos.
No entanto, existem outras maneiras de melhorar um sinal GPS. O usuário pode utilizar um serviço que corrige o sinal usando estações base chamadas RTK (Kinetics em Tempo Real).
O RTK funciona bem enquanto o usuário está nas proximidades de uma dessas estações. No entanto, essa solução é cara e destinada a usuários profissionais.
Uma abordagem alternativa é o PPP-RTK (Posicionamento de Ponto Preciso – Kinemática em Tempo Real), que combina correções precisas com sinais de satélite. O sistema europeu Galileo agora suporta isso ao transmitir suas correções gratuitamente.
Mas ainda há mais ajuda disponível.
Google e o problema de estar do lado errado da rua
Enquanto os pesquisadores em Trondheim trabalhavam para encontrar melhores soluções, o Google lançou um novo serviço para seus clientes Android.
Imagine que você está planejando um feriado em, digamos, Londres. Você abre o Google Maps em seu tablet. Em seguida, digita o endereço do seu hotel e pode imediatamente ampliar o ambiente da rua, estudar a fachada do hotel e a altura dos edifícios ao redor.
Agora o Google possui esses tipos de modelos 3D de edifícios em quase 4000 cidades ao redor do mundo. A empresa está usando esses modelos para prever como os sinais de satélite serão refletidos entre os edifícios. É assim que eles resolverão o problema de parecer que você está caminhando do lado errado da rua ao usar o aplicativo de mapa, por exemplo, ao tentar encontrar o caminho de volta ao seu hotel.
“Eles combinam dados de sensores, Wi-Fi, redes móveis e modelos 3D de edifícios para produzir estimativas de posição suaves que podem suportar erros causados por reflexões”, disse Mohamadi.
Precisão em que você pode confiar
Os pesquisadores agora foram capazes de combinar todos esses diferentes sistemas de correção com algoritmos que desenvolveram. Quando testaram nas ruas de Trondheim, conseguiram uma precisão melhor que dez centímetros 90% do tempo.
Os pesquisadores afirmam que isso proporciona uma precisão em que se pode confiar nas cidades.
O uso de PPP-RTK também tornará a tecnologia acessível ao público em geral, pois é um serviço relativamente acessível.
“O PPP-RTK reduz a necessidade de redes densas de estações base locais e assinaturas caras, permitindo a implementação em larga escala e barata em receptores de mercado de massa”, concluiu Mohamadi.
