GPS-paikannus ja sen hyödyntäminen ikääntyvien hoidossa
Työryhmä: Auer Hanna ja Kokko Jaana Luokka: HYV5SN
Tekniikan yksikkö
SATELLIITTIPAIKANNUS
Satelliittipaikannus perustuu paikannussatelliittien lähettämien ratatieto- ja aikamerkkisignaalien vastaanottoon ja vastaanottimen sijainnin laskemiseen satelliittien etäisyyksien perusteella. Satelliittipaikannuksessa voidaan erottaa mm. seuraavat menetelmät:
• gps-paikannus (GPS, Global Positioning System)
• differentiaalinen gps, (DGPS, Differential GPS)
• reaaliaikainen kinemaattinen gps (RTK GPS, Real Time Kinematic GPS)
• gps-pseudoliittipaikannus
• avustettu gps-paikannus (AGPS, Assisted Global Positioning System)(mukana gsm-standardissa)
GPS eli Global Positioning System on Yhdysvaltain puolustusministeriön kehittämä ja rahoittama paikannusjärjestelmä, viralliselta nimeltään Navstar GPS. 1970-luvun puolivälissä Navstar-GPS:n kehitystyö aloitettiin. 1978 tuli ensimmäinen navigointikäyttöön tarkoitettu Navstarsateliitti. Tarkoituksena oli luoda sekä sotilas- että siviilikäyttöön tarkka, reaaliaikainen ja yksisuuntainen paikannusmenetelmä. 1984 NavstarGPS vapautettiin siviilikäyttöön Ronald Reaganin toimesta. Vastaavanlaisia paikannusjärjestelmiä ovat myös venäläinen GLONASS ja Euroopan Unionin suunnittelema Galileo. GPS:n yleistyminen on ollut melko hidasta. Yleistyminen alkoi, kun 1.5.2000 Yhdysvaltojen puolustusministeriö poisti järjestelmän siviilipalvelusosan tahallisen heikentämisen.
GPS järjestelmä perustuu etäisyyserojen laskemiseen. Satelliitit lähettävät atomikellon ajan ja navigaatiosignaalin, jonka GPS-laite vastaanottaa. GPS-laite vastaanottaa samanaikaisesti useasta satelliitista signaalia. GPS vastaanotin voi mitata, kuinka kauan satelliitilta tuleva signaali kulki matkallaan satelliitista.
Tiedosta voidaan mitata GPS vastaanottimen etäisyys satelliitista GPS vastaanottimeen. . GPS vastaanottimessa on myös kopio GPS-ajasta, sillä sen pitää pystyä mittaamaan signaalin kulkuaika satelliitista GPS vastaanottimeen.
Satelliitteja täytyy olla vähän neljä, sillä minimoidaan aika epätarkkuuksia.
Paikannus perustuu pseudoetäisyyden mittaukseen:
- X,Y,Z on vastaanottimen paikka kolmiulotteisessa avaruudessa
- x,y,z on satelliitin paikka avaruudessa, lasketaan satelliittien myös lähettämistä ratatiedoista eli efemeriideista
- Δt on satelliitin kellovirhe; pieni, tiedetty, satelliittien lähettämä
- ΔT on vastaanottimen kellovirhe, tuntematon kuten sen koordinaatitkin.
- X, Y, Z ja ΔT ovat tuntemattomia muuttujia jotka voidaan ratkaista neljän sopivissa paikoissa olevan satelliitin avulla.
Lauseketta kutsutaan pseudoetäisyydeksi sillä siinä on tuntemattomia kellovirheitä. Satelliittikello on erittäin tarkka atomikello, kun puolestaan vastaanottimen kello on tarkka vain lyhyellä aikavälillä eikä sen aikatietoa voi käyttää navigaatioratkaisuissa. Pseudoetäisyyden sekä todellisen etäisyyden käyttäjän ja satelliittien välillä eli käyttäjän paikan virhe riippuu marginaalisesti kellovirheestä, mutta ilmakehä on pysyvä epätarkkuuden lähde. Ilmakehä tuottaa muutaman metrin virheen paikkaan ja tätä korjataan muun muassa Klobucharin algoritmilla.
GPS – järjestelmä koostuu 24 satelliitista sekä vaihtelevasta määrästä varasatelliitteja. 24 satelliitista 12 on yhtä aikaa näkyvissä. Kiertorata satelliiteilla on noin 20 000 km:n korkeudella. Ne lähettävät radiosignaalia kahdella eri taajuudella L1 ja L2, joihin paikanmääritys perustuu. Satelliitin signaaliin on lisätty PRN – binäärikoodia (Pseudo Random Noise).
Binäärikoodin avulla L1 – signaaliin (sinimuotoiseen kantoaaltoon) on moduloitu paikannuskoodit (C/A – ja P –koodi) ja navigointiviesti sekä L2 – signaaliin vastaavasti P – koodi ja navigointiviesti. C/A – koodi (Coarse acquisition) on siviileille avoin paikannuskoodi ja P – koodi (Precise) on salattu ja varattu sotilaalliseen käyttöön.
Taulukossa 1 GPS – signaalien ominaisuuksia
L1
SIVIILIKÄYTÖSSÄ
L2
SOTILASKÄYTÖSSÄ
Taajuus 1575.42 MHz 1227.60 MHz
Aallonpituus noin 19 cm noin 24 cm
Koodit C/A, P, Navigointiviesti P, Navigointiviesti
AGPS mahdollistaa paikkatiedon myös muun muassa rakennusten sisällä.
AGPS:n toiminta vaatii laitteistolta lisäominaisuuksia. Matkaviestinverkon avustaman satelliittipaikannuksen (AGPS, Assisted GPS) matkapuhelinverkko välittää solulähetyksenä (cell broadcasting) tehokkaasti satelliittien ratatiedot ja optiona myös korjaustiedot.
AGPS voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa myös niin, että vastaanotin jalostaa näytteen satelliittisignaalia ja lähettää sen paikannuspalvelimelle. Avustetun GPS:n osalta paikannus lasketaan vaihtoehtoisesti päätelaitteessa (handset- based) tai verkon palvelimessa (network-based).
Kuva 1 . AGPSn toimintaperiaate
PAIKANNUKSEN KÄYTTÖ HOITOTYÖSSÄ
Valtakunnallisena tavoitteena vuoteen 2012 mennessä on, että 75 vuotta täyttäneistä henkilöistä 91–92 prosenttia asuu kotona itsenäisesti tai kattavan palvelutarpeen arvioinnin perusteella myönnettyjen tarkoituksenmukaisten sosiaali- ja terveyspalvelujen turvin.
Suomen väkiluvun kasvu jatkuu melko voimakkaana vuoteen 2030 asti, jos kehitys jatkuu nykyisen kaltaisena. Tuolloin maassamme asuisi ennusteen mukaan 5,68 miljoonaa henkeä. Yli 65-vuotiaiden osuuden väestöstä arvioidaan nousevan nykyisestä 16 prosentista 26 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä. Yli 85-vuotiaiden osuuden väestöstä ennustetaan nousevan viime vuodenvaihteen 1,8 prosentista vuoteen 2040 mennessä 6,1 prosenttiin. Siten heidän määränsä nousee nykyisestä 94 000:sta 349 000:een.
Ikääntyvien määrän kasvaessa myös muistihäiriöisten määrä kasvaa.
Ikääntyvien ja heidän omaistensa turvaksi on kehitetty erilaisia henkilöpaikannustuotteita ja –palveluja. Yritykset ovat lähteneet kehittämään tuotteitaan koirapaikannukseen tarkoitetuista järjestelmistä.
LDS FINDER palvelu koostuu asiakkaan mukana kulkevasta pienestä paikanninlaitteesta sekä paikantamiseen tarkoitetusta ohjelmasta.
Kuva 2 LDS paikanninlaite mittoineen
Henkilöpaikannin perustuu A-GPS tekniikkaan. Paikannus on mahdollista joko internetin tai matkapuhelimen välityksellä. Palveluun voidaan asettaa virtuaaliaita, jolloin lähtee hälytys hoitajalle kun laitteen pitäjä poistuu sovitulta alueelta. Ohjelmistoon voidaan määrittää, kuinka tiheään paikkatieto haetaan.
On muistettava, että mitä tiheämpi haku, sen suurempi laitteen virrankulutus.
Paikannus pystytään suorittamaan metrien tarkkuudella. Laitteessa on lisäksi turvahälytinpainike, joka toimii sisällä ja ulkona ja mahdollistaa kaksisuuntaisen puheyhteyden. Omaiselle tai hoitajalle on tarjolla kolme erilaista palvelupakettia, jotka eroavat toisistaan mm. paikannusohjelmiston osalta.
LDS:n kaltaisia palveluja tarjoavia yrityksiä on useita, mm. Ultracom ja Opal Blue Solutions. Vaikkakin tekniikka mahdollistaa muistihäiriöisen ikääntyvän hoitoon/ turvalliseen kotona asumiseen apuvälineen, on ratkaisussa silti useita puutteita. Paikanninlaite on suhteellisen suuri kokoinen (katso mitat kuva 2), eikä muistihäiriöinen osaa eikä ymmärrä ottaa laitetta mukaansa, koska hänellä ei ole tarvetta tulla paikannetuksi. Laite voidaan yrittää piilottaa sellaiseen vaatteeseen, käsilaukkuun, rollaattoriin tai muuhun vastaavaan, joka kulkee ikääntyvällä yleensä mukana. Lisäksi laitteen lataaminen aiheuttaa ongelmia ja vaatii yleensä ulkopuolisen henkilön toimia. Paikannuslaitteet ja ohjelmistot soveltuvatkin parhaiten sellaiselle ikääntyvälle, joka itse ymmärtää olla huolissaan mahdollisesta eksymisestä. Tällaisten henkilöiden lukumäärä on kuitenkin hyvin pieni kaikkien muistihäiriöisten määrästä.
Lähteet:
GPS- Wikipedia. Saatavissa: http://fi.wikipedia.org/wiki/GPS. Hakupäivä 2.11.2008.
Modernit GPS-pohjaiset ajoneuvopaikannusjärjestelmät teoriassa ja
käytännössä. Saatavissa: http://www.its-finland.fi/Sarkka_Indagon071030.pdf.
Hakupäivä 2.11.2008
GPS-järjestelmän rakenne ja toimintaperiaate. Saatavissa:
https://oa.doria.fi/bitstream/handle/10024/5057/TMP.objres.784.pdf?
sequence=1. Hakupäivä 2.11.2008
http://www.maanmittauslaitos.fi/
Hakupäivä: 2.11.2008
Navi. Saatavissa: http://www.prosessori.fi/es02/arkisto/NAVI.HTM. Hakupäivä 3.11.2008
Nuuttinen_Heini_GPS.pdf. Saatavissa:
http://www.cs.uku.fi/~haataja/tlt2008/Nuutinen_Heini_GPS.pdf.
Hakupäivä 3.11.2008
6839.pdf. Saatavissa: http://www.kampus.uku.fi/gradut/2008/6839.pdf.
Hakupäivä 3.11.2008
Paikannus mobiilipalveluissa. Saatavissa:
http://www.tekes.fi/julkaisut/paikannus_mobiilipalveluissa.pdf Hakupäivä 9.11.2008.
Ikäihmisten palvelujen laatusuositus. Sosiaali- ja terveysministeriön julkaisuja.
Saatavissa:
http://www.stm.fi/Resource.phx/publishing/store/2008/02/ka1202801063405/pas
Hakupäivä 9.11.2008.
Tilastokeskus. Väestöennuste 2007 – 2040. Saatavissa:
http://www.tilastokeskus.fi/til/vaenn/2007/vaenn_2007_2007-05-31_tie_001.html Hakupäivä 9.11.2008.
Location Data Systems LDS Oy. Saatavissa: http://www.lds.fi/, http://www.lds.fi/esite/ Hakupäivä 9.11.2008.
