راه حل های GNSS برای محیط های چالش برانگیز

کانتینرهای انباشته شده

Septentrio

Sepentrio روی پروژه های اتوماسیون بندری با Kalmar، یک شرکت فنلاندی که طیف گسترده ای از راه حل ها و خدمات جابجایی محموله را به بنادر، پایانه ها، مراکز توزیع و صنایع سنگین ارائه می دهد، کار کرده است. من در مورد این همکاری با Stef van der Loo، مدیر دسترسی به بازار در Sepentrio صحبت کردم. در ادامه گزیده‌ای از گفتگوی ما آمده است. 

چالش های موجود در یک بندر چیست؟

در ترمینال یا پورت کانتینری، همه چیز به هم متصل است و بنابراین پیچیده است. اخیراً، GNSS محبوب‌تر شده است، به‌ویژه زمانی که با ناوبری اینرسی همراه باشد، زیرا این فناوری توانایی بیشتری در ارائه دقت در سطح سانتی‌متری حتی در محیط‌های چالش برانگیز پیدا کرده است که ممکن است خط دید ماهواره‌های GNSS تا حدی توسط کانتینرها یا سازه‌ها مسدود شود. .
چه چیزی باعث دقت بالاتر می شود؟

هر سال، هر ترمینال تعداد معینی کانتینر را روی هم قرار می دهد، اما تمام اطلاعات مربوط به آنها به طور خودکار به سیستم عامل ترمینال (TOS) داده نمی شود. گاهی اوقات، اپراتورها باید به دنبال کانتینرهای نابجا بگردند، که ممکن است نیاز به توقف عملیات و استقرار پرسنل اضافی داشته باشد. علاوه بر این، رفتن به این حیاط ها چندان امن نیست. 

این یکی از دلایلی است که پورت ها شروع به استقرار سیستم های موقعیت یابی کردند. با این حال، ده سال پیش، با دقت متر، آنها همیشه در حال شکست بودند. در حال حاضر، پیشرفت در فناوری GNSS را قادر ساخته است که برای این چالش مناسب شود. در پایانه‌ها، می‌توانید از سیستم‌های GNSS یا INS برای مدیریت ترافیک وسایل نقلیه، وسایل نقلیه و وظایف خودران یا برای به دست آوردن موقعیت یک کانتینر استفاده کنید.

به عنوان مثال، هنگامی که یک پشته‌گیر دستی به پشته می‌رسد و ظرف را در جای خود قفل می‌کند، داشتن یک موقعیت بسیار قابل اعتماد در سطح سانتی‌متری بسیار مهم است. با پردازش داده ها از سیستم های کنترل به TOS، خطاها افزایش می یابد. برای اطلاع دقیق از موقعیت یک ظرف در هنگام قرار دادن آن در پشته، خطاها نباید بیش از نیم متر باشد. بنابراین، قابلیت اطمینان و دقت GNSS/INS برای موقعیت یابی کانتینر بسیار مهم است.

آیا IMU ها را خریداری می کنید و تمام ادغام را انجام می دهید؟

ما IMU ها را بیشتر از دستگاه های آنالوگ می خریم. راه حل ناوبری اینرسی یکپارچه خود ما است. ما روی ناوبری اینرسی در چندین بازار – از جمله لجستیک، استخراج مستقل، و روباتیک کشاورزی تمرکز می کنیم.

تقسیم کار بین شما و کلمار چگونه است؟

Kalmar هم OEM و هم یکپارچه ساز است. آنها یک مربی برای اتوماسیون پایانه های لجستیک هستند. ما عمدتاً به عنوان یکپارچه ساز با آنها کار می کنیم. آنها مانند سایر یکپارچه سازها به یک ترمینال می روند و سیستم ها و سایر تجهیزات را نصب می کنند. کالمار یک مجموعه حسگر کامل با انواع سنسورها ساخت و آن را در بسته های خود مانند SmartPort ادغام کرد.

 با اصل آموزش مربی، مهندسان ما کارکنان کالمار را آموزش دادند، بنابراین آنها کنترل خط اول نصب و عیب یابی را دارند. سپس ما حاضریم تا جایی که بتوانیم از آنها حمایت کنیم. ما یک حلقه بازخورد مداوم با چندین مشتری تدارکات برای پیشنهادات و توصیه های محصول برای تکامل محصولات و خدمات خود برای این بخش داریم.

کانتینرهای دسته دار

GNSS 

یکی از بزرگترین شرکت‌های کانتینری در جهان به راه‌حلی برای مدیریت کشتی‌های حمل‌ونقل خود نیاز داشت، که وسایل نقلیه حمل و نقل کانتینری تخصصی در بنادر هستند که می‌توانند کانتینرهای بزرگ را برداشته و به کامیون‌ها، قطارها یا دیگر پشته‌های کانتینر منتقل کنند.

 این برای اپراتورهای ترمینال کانتینری بسیار چالش برانگیز است زیرا بنادر محیط های عملیاتی بسیار پیچیده ای هستند که سایر خدمات دریایی مانند ذخیره و مدیریت محموله، حمل و نقل کالا و ترخیص کالا از گمرک را نیز ارائه می دهند. برای جابجایی ایمن و کارآمد کانتینرها، پایانه‌های مدرن علاوه بر کریرهای استرادل، ساختمان‌ها، تجهیزات و جرثقیل‌ها نیز دارند. همه این زیرساخت ها چندین مسیر را ایجاد می کنند که بر قابلیت های گیرنده های GNSS تاکید می کند.

برای توسعه و نصب این سیستم جدید برای وسایل نقلیه حمل بار، شرکت کانتینری به JAVAD GNSS و ALLSAT GmbH ، یک شرکت مهندسی، ژئودتیک و الکترونیک آلمانی که در سال 1991 تأسیس شد و از سال 1995 شریک توزیع آلمانی JAVAD بوده است، روی آورد. در سال 2022، ALLSAT GmbH یک مفهوم دوقلو دیجیتال جدید را برای تامین و پشتیبانی از راه اندازی چند صد راه حل مریخ نورد JAVAD GNSS در سه بندر دریایی بین المللی به کار گرفت.

 این امر مستلزم به دست آوردن داده های موقعیتی در زمان واقعی و بسیار دقیق برای جابجایی حامل های استرادل و بارگذاری آن در یک سیستم اطلاعات ترمینال برای کنترل و مستندسازی بود.

ALLSAT یک طرح مفهومی ژئودتیکی را به کار گرفت که گیرنده‌های JAVAD GNSS Delta-3S و آنتن‌های RingAnt G5T و Grant-G5T را برای بررسی دقیق دو ایستگاه مرجع GNSS در هر پورت ادغام می‌کند، سپس سیستم را از یک منبع بر روی تمام خودروهای حامل استرادل راه‌اندازی کرد. همچنین راه‌حلی با استفاده از دو ایستگاه مرجع با کارکرد اضافی ایجاد کرد که داده‌های تصحیح RTK را برای همه GNSS (GPS، Galileo، GLONASS و BeiDou) در آدرس‌های IP/فرکانس‌های رادیویی مختلف پخش می‌کنند.

 همه مریخ نوردهای JAVAD RTK به لطف 874 کانال و پردازنده های موازی خود می توانند داده ها را از هر دو منبع تصحیح به صورت موازی دریافت و پردازش کنند. این دو مزیت را ارائه می دهد. اول، یک بازگشت جامع را در صورت بعید به وجود می آورد که یک ایستگاه مرجع از کار بیفتد. دوم، قابلیت اطمینان، سرعت و دقت مریخ نوردها را که در محیطی مملو از سایه سیگنال و تأثیرات چند مسیره کار می کنند، بسیار بهبود می بخشد.

ALLSAT با همکاری نزدیک با مشتری خود و JAVAD GNSS توانست این پروژه را از ایده اولیه تا تایید و راه اندازی، تنها در چند هفته اجرا کند. ترکیبی از ایستگاه‌های مرجع زائد و چند صورت فلکی و JAVAD GNSS چند پایه RTK راه‌حلی را به‌دست آورد که بسیار قابل اعتماد و در دسترس است و علی‌رغم شرایط چالش‌برانگیز محیطی، عملکرد مداوم را فراهم می‌کند. علاوه بر این، JAVAD GNSS به‌روزرسانی‌های سیستم‌افزار را برای عمر دستگاه‌ها ارائه می‌کند که مشتری را قادر می‌سازد تا 10 سال آینده به این راه‌حل مریخ نورد پایه تکیه کند.

ردیابی قطار

سیستم های M3 

M3 Systems ، یک شرکت جغرافیایی فرانسوی-بلژیکی که در سال 1999 تأسیس شد، مدت‌ها از فعالیت‌های تحقیق و توسعه آژانس‌های فضایی و هوانوردی غیرنظامی اروپا حمایت می‌کند. همچنین محصولاتی را که از طریق فعالیت های تحقیق و توسعه خود توسعه داده است، به بازار عرضه می کند. در سال‌های اخیر، M3 Systems فعالیت‌های خود را در بخش‌های خودروسازی و ریلی گسترش داد. 

برای توسعه یک دستگاه جدید برای قطارها، با دو شرکت بلژیکی شریک شد: Logiplus که سیستم‌های الکترونیکی داخلی قطارها را تولید می‌کند و ALSTOM بلژیک، بخشی از گروه ALSTOM، که قطارها و تجهیزات را برای خطوط قطار می‌سازد. هدف از طراحی محصول، توسعه یک حسگر هیبریدی بود که هم از حسگر GNSS برای ارائه موقعیت مطلق و هم از یک واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) برای جبران موانع محیطی مانند درختان و دره‌های شهری با محاسبه موقعیت قطار استفاده می‌کند. در آخرین موقعیت مطلق مبتنی بر GNSS، جرمی اسکلتون، سرپرست پروژه در M3 Systems توضیح داد.

IMUها مدت‌هاست با GNSS همراه شده‌اند، زیرا هر فناوری محدودیت‌های دیگری را جبران می‌کند: IMUها از دریفت و گیرنده‌های GNSS از از دست دادن سیگنال در محیط‌های خاص رنج می‌برند. در تئوری، بررسی مسیرها و استفاده از کیلومتر شماری برای نظارت بر موقعیت خطی قطار بر روی آنها برای تعیین مکان آن کافی است. اسکلتون گفت، با این حال، در عمل، رمزگذار چرخ‌ها «مستعد خطا هستند، زیرا چرخ‌ها در معرض لغزش و لغزش زیادی هستند».   بنابراین، ما به حسگرهای کاملا مستقل نیاز داریم.

این الزام باعث شد که ALSTOM توسعه دستگاه ورودی IGLOO (مخفف IMU & GNSS وسیله نقلیه کیلومتر شماری) را پیشنهاد دهد که تمام سنسورهای مختلف را یکپارچه می کند. Logiplus سخت افزار را طراحی و تولید کرد، در حالی که M3 Systems الگوریتم را نوشت.

این پروژه که تا حدی به لطف کمک مالی از صندوق توسعه منطقه ای اروپا و با حمایت منطقه والون بلژیک تامین شد، به سه بخش تقسیم شد:

• نرم افزاری برای جفت کردن IMU و GNSS برای محاسبه سرعت قطار.
• راه حل کالیبراسیون خودکار، که نیاز به کالیبراسیون خودکار هنگام راه اندازی سنسور را از بین می برد.
• یک پلت فرم سخت افزاری که دارای یک IMU کم هزینه است.

کنسرسیوم بسته به قابلیت اطمینان در هر منطقه از سیگنال‌های GNSS، سه نوع منطقه را تعریف می‌کند که قطار در آنها فعالیت می‌کند. اسکلتون گفت: «به عنوان مثال، محیطی با دید واضح به آسمان و بدون هیچ مانعی قابل اعتماد است، در حالی که یک جنگل، یک دره شهری یا ورودی به یک تونل قابل اعتماد نیست. بدون پشتیبانی GNSS، در نهایت IMU نیز غیرقابل اعتماد خواهد شد.

در سرعت های بسیار پایین، خطاها باید بسیار کم باشد، اما در سرعت های بالاتر خطای سرعت بیشتر مجاز است. اپراتورها می توانند سطوح مختلف داده را از یک گیرنده GNSS استخراج کنند. برای دستیابی به یک جفت محکم GNSS-INS، آنها می توانند از تاخیرهای داپلر استفاده کنند و آنها را با IMU هیبرید کنند یا از حلقه ردیابی استفاده کنند و محدوده و داپلر را تنظیم کنند.

 برای اتصال شل، آنها می توانند مستقیماً از موقعیت یابی، سرعت و داده های زمان بندی گیرنده GNSS استفاده کنند. تمام کوپلینگ ها با استفاده از فیلترهای بیزی، به عنوان مثال فیلتر کالمن انجام می شود. اسکلتون گفت: «کوپلینگ شل دقت، قابلیت اطمینان و یکپارچگی کمتری به شما می‌دهد، اما همچنین از CPU کمتری استفاده می‌کند».

برای جمع‌آوری داده‌ها در قطار، M3 Systems یک برد مدار چاپی (PCB) با یک گیرنده GNSS u-blox، یک گیرنده GNSS Sepentrio Asterix، نه IMU (که آنها را قادر می‌سازد بهترین مورد را برای مورد استفاده انتخاب کنند)، یک مرجع تولید کرد.

واحد مسیری که حقیقت زمین را فراهم می کند و رایانه ای که داده ها را از گیرنده های GNSS و IMU می گیرد. اسکلتون گفت: “همه چیز برای اهداف اندازه گیری در یک قفسه قطاری که در اینجا در بلژیک حرکت می کند یکپارچه شده بود.” و همه داده ها به طور خودکار از طریق اتصال اینترنت 4G بازیابی شدند. ما چند هزار کیلومتر سفر، چند ساعت تونل و سیگنال های GNSS قابل اعتماد و غیرقابل اعتماد را جمع آوری کرده ایم.

Logiplus شریک M3 Systems این محصول را برای پشتیبانی از نرم افزار هیبریداسیون و رابط با کامپیوتر حیاتی اروپا (EVC) طراحی کرده است که حداکثر سرعت و منحنی ترمز قطار را نظارت و به طور مداوم محاسبه می کند. اسکلتون گفت: “برای EVC ضروری است که دانش کاملی از سرعت قطار داشته باشد، که دلیل اصلی طراحی این دستگاه جدید است.

” آنچه در این سخت افزار مشخص است، قدرت محاسباتی، دو سیستم (GNSS و اینرسی) و الگوریتم ترکیب داده ها است که به سخت افزار اجازه تکامل می دهد. به عنوان مثال، ما می توانیم به یک IMU متفاوت تغییر دهیم.

اسکلتون خاطرنشان کرد: سیستم IGLOO با الزامات ایمنی مشخص شده مطابقت دارد و به دانش قابل اطمینان تر از سرعت قطار کمک می کند که خطر تصادفات و تلفات را کاهش می دهد، جریان ترافیک را بهبود می بخشد و کارایی و ایمنی عملیات قطار را بهبود می بخشد.

نقشه برداری راه آهن

سیستم های موقعیت یابی Eos 

Network Rail که مالک و مدیریت زیرساخت‌های راه‌آهن در انگلستان، اسکاتلند و ولز است، نیاز به بررسی دقیق از 50000 دارایی الکتریکی در امتداد 400 مایل ریل در منطقه شرقی کشور داشت. به Arcadis، یک شرکت طراحی و مشاوره که متخصص در طراحی پایدار و خدمات مهندسی است، روی آورد.

 این پروژه مستلزم ارائه طرح‌های مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) دقیق خط راه‌آهن برای پشتیبانی از عملیات و نگهداری زیرساخت‌های برق‌دار و در عین حال تضمین یک محیط کاری امن برای تیم‌های نقشه‌برداری بود. Arcadis با استفاده از گیرنده‌های Arrow 100 GNSS از سازنده کانادایی Eos Positioning Systems و ArcGIS Survey123 و نرم‌افزار ArcGIS Hub Esri، توانست داده‌ها را با دقت زیرمتر به‌طور کارآمد جمع‌آوری کند و آن‌ها را در زمان واقعی با Network Rail به اشتراک بگذارد.

گیدئون سیمونز، معاون مدیر GIS و مشاور جغرافیایی در Arcadis گفت که Arcadis تصمیم گرفت برای جمع آوری داده ها و استفاده از GIS برای مدیریت آن یک بررسی میدانی دیجیتال انجام دهد . ما به تیم‌های نظرسنجی آی‌پد، اپلیکیشن Esri و گیرنده‌های GNSS ارائه کردیم.» برای اصلاحات، از شبکه سیستم عامل Ordnance Survey استفاده کرد. ما از طریق چند ارزیابی و آزمایش دریافتیم که دقت Eos Arrow به اندازه کافی برای برآوردن نیازهای پروژه خوب است.

منطقه مورد بررسی بیشتر روستایی است اما خط راه آهن از مناطق بسیار شهری عبور می کند. یکی از اولین چالش‌ها، نقشه برداری زیر پوشش در ایستگاه‌ها و در چند تونل بود. بنابراین، ما روش‌هایی را با استفاده از نقشه‌ها و تصاویر جغرافیایی ارجاع داده شده و گرفتن داده‌های موقت با استفاده از GNSS در خارج از تونل‌ها، برای اندازه‌گیری فاصله و افست به دارایی‌های موجود در تونل‌ها با چرخ‌های اندازه‌گیری که امکان پردازش پس از بررسی و دقت مکان مورد نیاز را فراهم می‌کند، توسعه دادیم. .

عکاسی نیز کلید موفقیت این پروژه بود. سیمونز گفت: «فقط در یک انبار، هزاران دارایی را با تعداد زیادی سوله قطار بررسی کردیم. ما از دوربین‌های 360 درجه و دوربین‌های دید قطار استفاده می‌کنیم، به طوری که واقعاً درک می‌کنیم که دارایی‌ها باید در کجا قرار گیرند.»

سیمونز خاطرنشان کرد: مرحله بعدی Network Rail حفظ آن تجهیزات است – چه جایگزین کردن آن، ارتقای آن به کد یا نصب بالقوه دارایی های جدید. در بریتانیا، ما از انواع اندازه‌گیری‌ها استفاده می‌کنیم – امپریال و متریک. بنابراین، برای مشتری بسیار مفید بوده است که فقط یک منبع مرجع حقیقت داشته باشد که از کار او پشتیبانی می‌کند و همچنان می‌تواند با سیستم‌های دیگر مرتبط باشد و ارتباط با تیم‌های گسترده‌تر را آسان کند.»