1 / 20

Precisionsutvärdering av mobila plattformar

Precisionsutvärdering av mobila plattformar . Milan Horemuz Avdelning för Geodesi och geoinformatik, KTH. Bakgrund. Trafikverkets projekt ”Utveckling mobil datafångst”, rapport ” Methods for Accuracy Verification of Positioning Module” (2013)

ronat
Download Presentation

Precisionsutvärdering av mobila plattformar

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Precisionsutvärdering av mobila plattformar Milan Horemuz Avdelning för Geodesi och geoinformatik, KTH

  2. Bakgrund • Trafikverkets projekt ”Utveckling mobil datafångst”, rapport ”Methods for Accuracy Verification of Positioning Module” (2013) • Vilka faktorer påverkar osäkerheten av data samlade med mobila plattformar? • Hur kan man testa osäkerheten och noggrannheten?

  3. Mobila plattformar • Positioneringsmodul • GNSS, IMU, odometer • Kartläggningsmodul • Laserskanner, kamera

  4. Positioneringsmodul • Bestämmer position och orientering av kartläggningssensorer och därmed noggrannhet av inmätta punkter • Huvudkomponenter: • GNSS mottagare ger position • Tröghetsnavigeringsenhet (IMU) ger orientering och den ”interpolerar” position mellan GNSS uppdateringar • Positioneringsnoggrannhet beror på GNSS • Orienteringsnoggrannhet beror på både GNSS och IMU

  5. Tröghetsnavigering • Vanligtvis 3 gyroskoper och 3 accelerometrar (IMU) + bearbetningsmodul (INS) • Accelerometrar känner av kombinerad effekt av acceleration och gravitation • Gyroskoper känner av rotation relativ till ”tröghetsrymd” (avlägsna stjärnor) Initial orientation

  6. Tröghetsplattformar • Sensorer kan monteras • i en ”låda” som fästas till bilen (eller flygplan) -> strapdown plattform • På en upphängd plattform som separeras från fordonets rotationsrörelser -> gimballed eller stable plattform • De flesta mobila plattformar använder strapdown tröghetsplattform

  7. Sensorsfelen • Position och orientering beräknas genom integrering (=summering) av sensordata • Även ett litet fel i data kan resultera i stort fel i position och orientering, om man integrerar många mätepoker (=lång observationstid) • Systematiska fel • storleken är konstant eller förändras långsamt: bias, skalfeloch deras förändring (drift), • kan beräknas om externa observationer är tillgängliga • Slumpmässiga fel • storleken förändras snabbt, medelvärdet = 0 • anges i form av ”random walk” parameter • enhet:

  8. Klassning av tröghetssystem

  9. Fel vid tröghetspositionering • Alla klasser ger för stora positionsfel (meter-nivå) efter bara några sekunder, felet ökar exponentiellt med tiden, felen i både accelerometrar och gyron bidrar till positionsfel. • Orienteringsfelet beror bara på felen i gyron och det ökar linjärt med tiden. • För mät-tillämpningar IMU-observationer måste kombineras med andra sensorer, vanligtvis GNSS. Error

  10. GNSS/IMU • GNSS-positioner möjliggör skattning av IMU-felen, inklusive orienteringsfelet • Det vanligaste är att bestämma GNSS-position 1 ggr per sekund • Osäkerhet i position vid 1 s uppdateringsintervall ligger på samma nivå som osäkerheten i GNSS-positionsbestämning (2 – 5 cm) • Typiska värden för osäkerhet i orientering:

  11. Hur kan man bedöma noggrannheten av positioneringsmodul? • Analytiskt: evaluera sensorernas noggrannhetsparametrar. Man kan inte upptäcka eventuella systemfel (kalibrering, databearbetning osv.) • Empiriskt, genom att testa • i laboratorium • i fält, m.h.a. kartläggninsensorer (indirekt metod) • i fält, m.h.a. oberoende metoder (direkt metod)

  12. Utvärdering av testmetoder • Vi testade direkt och indirekt metod i november 2013 på ca 500 m teststräcka på Gärdet i Stockholm

  13. Instrument • Mobilsystem GeoTrackerfrån WSP • Specifikationer • 0.03° roll, pitch • 0.2° bäring • 2 cm position • 360° kamera • 4 kameror • 4 laserskanrar bilskanning.se

  14. TS2 MT2 MT4 MT6 MT8 Mätproceduren S5 S4 S1 S3 S2 • Etablera ett lokalt referensnät: 3 totalstationer (TS1,TS2,TS3), 8 måltavlor (MT1-MT8), 2 GNSS referensmottagare • 6 körningar, bilen stannade 5 ggr i varje körning, 5 prismor monterade på plattformen mättes in från 3 TS • En körning tog ca 15 minuter MT5 MT7 MT1 MT3 REFT REFL TS3 TS1

  15. Databearbetning • Standard osäkerhet i koordinater för punkterna i testnät, inklusive prismor på bilen, ur minsta-kvadrat utjämning • 2 mm i horisontala koordinater och 1 mm i höjd • Standard osäkerhet rapporterat av GeoTracker • 2 – 3 mm i horisontala koordinater, 5 mm i höjd • 0.01˚ i rolloch pitch, 0.1˚ ibäring • Standard osäkerhet för koordinater av måltavlor bestämda ur punktmolnet • 5 – 10 mm i horisontala koordinater, 20 mm i höjd

  16. Direkt metod (1) • 5 prismor på taket var inmätta m.h.a. TS -> beräkning av orientering • Standard osäkerhet: 0.062°, 0.049° och 0.039° (roll, pitch, bäring) • Jämförelse mellan TS och GeoTracker (ur 30 mätningar = 6 körningar x 5 stopp): en konstant offset i position och orientering + slumpmässigt variation orsakat av osäkerhet i TS- och GeoTracker-mätningar • Offset i position beräknad som ett medelvärde ur 30 mätningar: 1 mm i N och E, 10 mm i höjd, standard osäkerhet i N, E och H-komponent = 1 mm • Möjliga orsaker för offset 10 mm i höjd: fel i GNSS- antennhöjdmätning (både referens och rover), TS var etablerade med RUFRIS 2 timmar innan körningar -> förändrad satellit konfiguration

  17. Direkt metod (2) • Standard osäkerhet i GNSS/IMU positionsbestämning beräknad ur variationer i differenser mellan TS- och GeoTracer-mätningar: • u(E) = 5 mm, u(N) = 6 mm, u(H) = 5 mm • enligt tekniska specifikationer u = 20 mm • Standard osäkerhet i GNSS/IMU orienteringsbestämning: • 0.000°, 0.042°, 0.087° (roll, pitch, bäring) • enligt tekniska specifikationer: 0.03° roll, pitch, 0.1° bäring SLUTSATS: mobil plattform presterade enligt specifikationer

  18. Indirekt metod • Grundprincipen: jämför koordinater av måltavlor ur punktmolnet och ur TS-mätningar och räkna om differenserna till fel i position och orientering av laserskanner • 48 jämförelser (8 måltavlor, 6 körningar) • Osäkerhet av mobil-plattform: • u(roll) < 0.05°, u(avstånd) = 2 mm, u(bäring) = 0.15° • u(pitch) var inte möjligt att beräkna: alla måltavlor var i ca i samma höjd i förhållande till bilen • Beräknade värden u(roll), u(bäring) är osäkra, p.g.a kort avstånd mellan bilen och måltavlor och stor osäkerhet i koordinater av måltavlor ur punktmolnet

  19. Slutsatser

  20. Publicerade rapporter • Utveckling mobil datafångst: Evaluationof testingmethods • for positioningmodules. • http://publikationswebbutik.vv.se/shopping/ShowItem.aspx?id=6199 • Utvecklingmobildatafångst: Methods for Accuracy Verification of Positioning Module • http://publikationswebbutik.vv.se/shopping/ShowItem.aspx?id=5927

More Related