Endüstriyel Otomasyon Çözümleri

GNSS Kısıtlı Ortamlarda Gemiler için Radar Tabanlı Konum Belirleme

Doğru ve sağlam bir çözümle gemi navigasyonuna yardımcı olur.

Denizcilik endüstrisi, gemi navigasyonuna yardımcı olmak için büyük ölçüde küresel navigasyon uydu sistemi (GNSS) teknolojilerine güvenmektedir. GNSS iyi kurulmuş olsa da, güvenli otonom denizcilik için gerekli olan %100'e yakın kullanılabilirliği elde etmek için diğer konumsal sensörlerle (lidar, kamera radarı veya sonar gibi) birleştirilmelidir.

Meydan okuma

Çoğu GNSS sistemi, sinyal engelleme ve çok yollu hatalar (uydu navigasyon sinyalleri köprüler, binalar ve diğer gemiler gibi yakındaki yapılardan yansıdığında ortaya çıkar) nedeniyle büyük nesnelere yakın olduklarında 10 metreden daha az konumsal doğruluk sağlayamaz. GNSS sinyallerinin karıştırılması veya yanıltılması da, harici sinyallerden kaynaklanan parazit yoluyla veya aynı frekans bandında bir geminin konumu veya zaman dilimi hakkında kasıtlı olarak yanlış bilgi vererek bir risk oluşturur. Bu sinyaller navigasyon sistemlerinin uygunsuz kararlar almasına yol açabilir ve onları hırsızlığa veya kaçırılmaya karşı savunmasız bırakabilir.

GNSS navigasyonunu çevreleyen sorunların üstesinden gelmek için, tipik olarak, her ikisi de – belirli çalışma pencerelerinde – geminin çevresi hakkında ayrıntılı bilgi sağlayan kameralar ve lidar gibi yerleşik sensörler kullanılır. Ancak, bu sensörlerin de sınırlamaları vardır ve güvenlik açıkları yaratırlar. Kameralar ve lidar sınırlı algılama menziline sahiptir ve deniz ortamlarında sıklıkla görülen olumsuz hava koşullarıyla mücadele edebilir. Ayrıca, su yüzeyinden yansıyan ışıktan kaynaklanan parlama veya güneş gökyüzünde alçakta olduğunda da sorun yaratabilir.

GNSS sistemlerine alternatif olarak radar tabanlı konum belirleme hem doğru hem de sağlamdır ve GNSS ve diğer sensör çözümlerinin eksikliklerinin üstesinden gelebilir. Navtech Radar’in W-band radarı (76-77 GHz), gemi konumlandırmasına yardımcı olmak için mevcut konumlandırma boru hatlarına entegre edilebilir.

Nasıl çalışacak?

Radarla yer belirleme, geminin konumunu küresel konumlandırma olmadan santimetre düzeyinde doğrulukla belirlemeye olanak tanıyan bir radar haritası oluşturarak çalışır. Radarla yer belirleme için tipik denizcilik uygulamaları, iç su yollarındaki küçük, insansız yüzey gemilerinden limanlarda seyreden büyük kargo gemilerine kadar uzanır.

Faydaları

Radar lokalizasyonu, GNSS’nin çalışamadığı ortamlarda, her türlü hava koşulunda ve günün (veya gecenin) herhangi bir saatinde teknelerin otonom navigasyonuna izin verebilir. Bu, güvenilir olmayan GNSS konumlandırma veya sensör arızaları konusunda endişe duymadan günde 24 saat çalışmaya izin verdiği için gemi verimliliğini artırır. Dahası, gemiler en verimli rotaları izlediklerinde daha az emisyon üreterek operatörlerin sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmalarına yardımcı olurlar.

Diğer avantajlar şunlardır:

– GNSS’siz: herhangi bir geminin, herhangi bir ortamda, yalnızca radar verilerine dayanarak nerede olduğunu bilmesini sağlayan sağlam konum belirleme.
– Altyapı gerektirmez: harici sistemlere sıfır bağımlılık, kurulum basit, hızlı ve uygun maliyetli hale getirir.
– Esnek olacak ve mevcut otonomi yığınlarına ve sensör çözümlerine entegre olacak şekilde tasarlanmıştır: buna GNSS, atalet verileri, lazer, kamera ve sonar SLAM çözümleri dahildir.

Beklenen teknik performans

Navtech’un radar teknolojisi sayesinde, altyapıdan 500 metreye kadar olan mesafelerde lokalizasyon sağlanabilir ve her türlü hava koşulunda çalışabilir.- <10 cm'lik konumsal doğrulukla güvenilir ve nokta atışı lokalizasyon. - Yağmur, sis, su sıçraması veya ışık değişikliklerinden etkilenmeden deniz ortamlarında bulunan en zorlu hava koşullarında bile çalışabilme yeteneği. - Tek sensörlü çözüm: 360°, uzun menzilli radar. - 8Hz'e kadar gerçek zamanlı konumsal veri sağlar. - GNSS içermez ve altyapı gerektirmez. - Kolay entegrasyon. - Hızlı ve uygun maliyetli uygulama rekabet avantajı sağlar.

Bugüne kadarki denemeler

Radar tabanlı konum belirleme - BAE Systems ile - Thames Nehri, Londra Birleşik Krallık (2021)

BAE ve Navtech Radar BAE’nin veri toplama gemisinden Thames Nehri boyunca toplanan verileri kullanarak lokalizasyonu denemek için işbirliği yaptı. Sistem performansı, düzeltmelerle birlikte gemideki bir GNSS ile karşılaştırıldı ve köprülerin altı ve keskin dönüşler gibi GNSS’nin reddedildiği alanlara özellikle dikkat edildi.

BAE Systems, deneme yeri olarak Thames Nehri’nin 25,8 mil uzunluğundaki bölümünü seçti; bu bölüm 18 köprü ve iki keskin dönüş içeriyordu. Ortamın bir haritasını oluşturmak için güzergahın bir tam geçişi yapıldı, ardından buna karşı yerelleştirmek için ikinci bir geçiş tamamlandı.

Radar çözümü harita oluşturmak için yaklaşık 10MB/km alan kullanmaktadır, dolayısıyla Thames Nehri’nin tamamını haritalamak için 3,5 GB’den daha az alana ihtiyaç duyulacaktır. Deneme sonuçları, çözümün yolculuk boyunca ortalama 10,3 cm doğrulukla başarılı bir lokalizasyon sağladığını göstermiştir. Sensör, sensör tabanlı lokalizasyon teknikleri için tipik olarak zorlu olan alanlar da dahil olmak üzere yolculuğun tüm uzunluğunu lokalize etti.

Harita dışındayken bile, 50 m’ye kadar olan mesafelerde, sensör radar haritasında ve yer işaretlerinin 300 m’ye kadar uzakta olduğu seyrek özellikli yerlerde kendini konumlandırabilir. Şekil 1, Navtech radarı kullanılarak sağlanan yüksek çözünürlüklü verileri göstermektedir.

Figure 1: Raw radar data collected on the test vessel, overlaid on a satellite image of the same location.

Figure 2: Radar point clouds (shown by blue and red dots) extracted by the solution to localise vessel position within the environment.

Yer işaretleri daha sonra radar verilerinden çıkarılmış ( bkz. Şekil 1, yukarıda) ve odometride, taramadan taramaya hareket ve haritaya geri konumlandırmada kullanılmıştır. Bu Şekil 2’de gösterilmektedir.

Navtech Ayrıca radar sapma tahminlerini GNSS yönleri ile karşılaştırmış ve ardından bunu konum belirleme çalışması boyunca karşılaştırmıştır. Sonuçlar Şekil 3 ve 4’te gösterilmektedir. Güzergâh boyunca beş alanda hatada artış olduğu tespit edilmiştir. GNSS tahminlerinin bir köprü çıkışında ve tekne keskin bir dönüş yaptığında önemli ölçüde sıçradığı görülebilir. Buna karşılık, radar başarılı bir şekilde konum belirlemeye devam etmiş ve bu konumların hepsinde doğru konumlandırma sağlamıştır.

Figure 3: Radar odometry integrated yaw vs GNSS heading

Figure 4: Locations of instances of GNSS estimation jumps

Bu deneme, yolculuk boyunca ortalama 10,3 cm doğruluk sağlayan radar tabanlı konum belirleme yeteneğini göstermiştir. Doğrudan GNSS ile karşılaştırıldığında, radar köprülerin altında ve keskin dönüşler sırasında üstün konum belirleme sağlamıştır.

Navtech Radar şimdi denizcilik endüstrisinde, konum belirleme, algılama, çarpışma önleme ve engel algılama için radar sensörümüzü kullanarak kavram kanıtlama denemelerinde işbirliği yapmak isteyen ortaklar arıyor.

Erken benimseyenlerden olun

Yeni sorunları duymaya açığız.

İletişime geçin

İlgili Sorunlar Endüstriyel otomasyon çözümleri