NO20140771A1 - Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects - Google Patents
Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects Download PDFInfo
- Publication number
- NO20140771A1 NO20140771A1 NO20140771A NO20140771A NO20140771A1 NO 20140771 A1 NO20140771 A1 NO 20140771A1 NO 20140771 A NO20140771 A NO 20140771A NO 20140771 A NO20140771 A NO 20140771A NO 20140771 A1 NO20140771 A1 NO 20140771A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- vessel
- navigation
- objects
- accordance
- data
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 25
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 6
- 238000000547 structure data Methods 0.000 claims description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 3
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 241000630329 Scomberesox saurus saurus Species 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/04—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
- G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/005—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
- G01S19/28—Satellite selection
Abstract
Fremgangsmåte og et system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter som kan medføre redusert sikt til navigasjonssatellittene og/eller redusert signalkvalitet på grunn av reflekterende overflater på objekter i nærheten.A method and a system for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects that may result in reduced visibility of the navigation satellites and / or reduced signal quality due to reflective surfaces of nearby objects.
Description
Fremgangsmåte og system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter Method and system for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructing objects
Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter, i samsvar innledningen til patentkrav 1. The present invention relates to a method for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructing objects, in accordance with the introduction to patent claim 1.
Den foreliggende oppfinnelsen gjelder også et system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter, i samsvar innledningen til patentkrav 7. The present invention also applies to a system for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructing objects, in accordance with the introduction to patent claim 7.
Spesielt gjelder den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter som kan medføre redusert sikt til navigasjonssatellittene og/eller redusert signalkvalitet på grunn av reflekterende overflater på objekter i nærheten. In particular, the present invention applies to a method and a system for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructing objects that may result in reduced visibility to the navigation satellites and/or reduced signal quality due to reflective surfaces on nearby objects.
Den foreliggende oppfinnelsen er spesielt relatert til maritim navigasjon for fartøyer. The present invention is particularly related to maritime navigation for vessels.
Bakgrunn Background
Bruk av posisjoneringsdata fra GNSS-satellitter (Global Navigation Satellite System) er en svært utbredt metode for nøyaktig maritim navigasjon. I dag er navigasjonssystemer basert på GPS og Glonass så og si enerådende for maritim navigasjon. I fremtiden vil også det nye europeiske navigasjonssystemet GALI LEO spille en svært viktig rolle som navigasjonssystem med forbedrede egenskaper med hensyn til dekning og nøyaktighet. Dagens navigasjonssatellitter er i utgangs-punktet meget nøyaktige og kan gi svært nøyaktig posisjonering under gode transmisjonsforhold. The use of positioning data from GNSS satellites (Global Navigation Satellite System) is a very widespread method for accurate maritime navigation. Today, navigation systems based on GPS and Glonass are almost exclusively used for maritime navigation. In the future, the new European navigation system GALI LEO will also play a very important role as a navigation system with improved characteristics in terms of coverage and accuracy. Today's navigation satellites are initially very accurate and can provide very accurate positioning under good transmission conditions.
På grunn av varierende transmisjonsegenskaper på transmisjonsveien fra de enkelte satellittene kan det imidlertid introduseres feilkilder som gir seg utslag i unøyaktig posisjonering. Slike feilkilder kan være atmosfæriske variasjoner, variasjon i elektrontetthet i ionosfæren eller lokale refleksjoner i nærheten av mottakerantennen. Dette kan avhjelpes ved at det introduseres differensiell korreksjon som retter opp slike feil. Et GNSS-posisjoneringssystem med differensielle korreksjoner kan derfor relativt lett oppnå nøyaktighet i størrelsesorden meter avhengig av hvor på kloden man opererer, tilgangen på differensielle korreksjonssignaler, samt lokale refleksjons-forhold. Refleksjoner fra nærliggende metallflater eller konstruksjoner, samt plane betongflater kan påvirke nøyaktigheten i posisjoneringen i det navigasjonsmottakeren vil motta signaler fra forskjellige retninger, noe som gir større usikkerhet i estimeringen av den aktuelle posisjonen. However, due to varying transmission characteristics on the transmission path from the individual satellites, sources of error can be introduced which result in inaccurate positioning. Such error sources can be atmospheric variations, variation in electron density in the ionosphere or local reflections in the vicinity of the receiving antenna. This can be remedied by introducing differential correction that corrects such errors. A GNSS positioning system with differential corrections can therefore relatively easily achieve accuracy in the order of meters depending on where on the globe one operates, the access to differential correction signals, as well as local reflection conditions. Reflections from nearby metal surfaces or constructions, as well as flat concrete surfaces can affect the accuracy of the positioning as the navigation receiver will receive signals from different directions, which gives greater uncertainty in the estimation of the position in question.
Den største feilkilden, forutsatt fri sikt til satellittene, ligger likevel normalt i forskjellen i transmisjonsforhold på traseen fra de enkelte satellitter til navigasjonsmottakeren. Navigasjons-signalets gangvei fra satellitten til navigasjonsmottakeren (mottakerantennen) er avhengig av navigasjonssatellittenes posisjon eller konstellasjonen. Hvis en eller flere navigasjonssatellitter har en posisjon med lav elevasjon blir gangveien gjennom ionosfæren lang og utsatt for variasjoner i ionosfærens transmisjonsegenskaper. Navigasjonssatellitter under en viss elevasjon utelukkes derfor vanligvis ved beregning av posisjonen. The biggest source of error, assuming a clear line of sight to the satellites, normally lies in the difference in transmission conditions on the route from the individual satellites to the navigation receiver. The navigation signal's path from the satellite to the navigation receiver (receiver antenna) depends on the navigation satellite's position or the constellation. If one or more navigation satellites have a low-elevation position, the path through the ionosphere is long and subject to variations in the ionosphere's transmission properties. Navigation satellites below a certain elevation are therefore usually excluded when calculating the position.
I forbindelse med operasjoner og navigasjon i nærheten av store og høye objekter som f.eks. boreplattformer, lagertanker eller andre fartøy kan sikten (LOS - Line Of Sight) til navigasjonssatellittene bli redusert eller helt brutt. Når sikten reduseres synker inngangssignalet til navigasjonsmottakeren, signal-til-støyforholdet blir dårligere og navigasjonssystemet får problemer med å opprettholde tilfredsstillende nøyaktighet. Hvis sikten blir helt brutt blir signalet borte og navigasjonsmottakeren får ikke lenger data fra den aktuelle navigasjonssatellitten. Vanligvis vil en navigasjonsmottaker benytte signalene fra de tre beste navigasjonssatellittene av de navigasjonssatellittene som er tilgjengelige, vanligvis flere enn tre. Når en navigasjonssatellitt blir borte går man over til å beregne posisjon på grunnlag av de tre beste som gjenstår. Nøyaktigheten vil derfor reduseres gradvis etter hvert som man mister tilgang til flere navigasjonssatellitter. Normalt vil noen navigasjonssatellitter alltid være synlige, men hvis antallet synlige navigasjonssatellitter blir mindre enn tre vil ikke navigasjonsmottakeren være i stand til å beregne posisjon. In connection with operations and navigation in the vicinity of large and tall objects such as e.g. drilling platforms, storage tanks or other vessels, the visibility (LOS - Line Of Sight) of the navigation satellites can be reduced or completely broken. As visibility decreases, the input signal to the navigation receiver drops, the signal-to-noise ratio deteriorates and the navigation system has difficulty maintaining satisfactory accuracy. If visibility is completely broken, the signal is lost and the navigation receiver no longer receives data from the relevant navigation satellite. Typically, a navigation receiver will use the signals from the three best navigation satellites of the navigation satellites available, usually more than three. When a navigation satellite is lost, the position is calculated on the basis of the three best that remain. The accuracy will therefore gradually decrease as you lose access to more navigation satellites. Normally, some navigation satellites will always be visible, but if the number of visible navigation satellites becomes less than three, the navigation receiver will not be able to calculate the position.
Arbeid og trafikk tett opp til store objekter offshore krever stor årvåkenhet og nøyaktige navigasjonsdata. I en situasjon hvor man mister sikten til en eller flere navigasjonssatellitter på grunn av fysiske hindrende objekter vil man derfor ikke lenger kunne navigere og posisjonere med tilstrekkelig høy nøyaktighet til å unngå nærhetsproblemerog kollisjonsfare. Work and traffic close to large objects offshore require great vigilance and accurate navigation data. In a situation where you lose sight of one or more navigation satellites due to physical obstructing objects, you will therefore no longer be able to navigate and position with sufficiently high accuracy to avoid proximity problems and the risk of collision.
I dagens situasjon må skipper og navigatør utvise spesiell forsiktighet når de kommer inn i områder med hindrende objekter som kan medføre redusert sikt til navigasjonssatellittene. I en slik situasjon må en spesielt vurdere sikt fra navigasjonsmottakeren (mottakerantenna) mot himmelen samtidig som man følger med på eventuelle alarmsituasjoner på navigasjonsmottakeren. I praksis er det vanskelig å vurdere mottakersituasjonen da man ikke uten videre kjenner navigasjonssatellittenes posisjon på himmelen. Enkelte navigasjonssystemer har imidlertid et display som viser navigasjonssatellittenes posisjon på himmelen, noe som kan bidra til at det blir lettere å vurdere når sikten til navigasjonssatellitten kommer inn i skygge. In the current situation, the skipper and navigator must exercise special caution when entering areas with obstructing objects that may result in reduced visibility to the navigation satellites. In such a situation, one must particularly assess the visibility from the navigation receiver (receiver antenna) towards the sky while also monitoring any alarm situations on the navigation receiver. In practice, it is difficult to assess the receiver situation as you do not immediately know the position of the navigation satellites in the sky. Some navigation systems, however, have a display that shows the position of the navigation satellites in the sky, which can help make it easier to assess when the visibility of the navigation satellite enters the shadow.
I praksis er dette en vanskelig vurdering og det er følgelig et behov for et system og en fremgangsmåte som kan gjøre dette på en nøyaktig og tilfredsstillende måte. In practice, this is a difficult assessment and there is consequently a need for a system and a method that can do this in an accurate and satisfactory way.
Ved arbeid tett opp mot konstruksjoner og objekter bør en i tillegg til vanlige navigasjonssystemer også anvende kortholdsradar med høy nøyaktighet for å få tilstrekkelig nøyaktig posisjonering. When working close to structures and objects, in addition to normal navigation systems, you should also use short-range radar with high accuracy to obtain sufficiently accurate positioning.
Fra US 2007133012A er det kjent et system for å bestemme posisjonen til et referansepunkt som ligger i skygge for signalene fra navigasjonssatellitter. Systemet benytter to referanse-strukturer som måles opp fra minst to posisjoner og sammenlignes med bilder i et bilde-behandlingssystem for å bestemme posisjonen til referansepunktet. Dette er et statisk system som bare omfatter posisjonen til ett referansepunkt. From US 2007133012A a system is known for determining the position of a reference point that lies in the shadow of the signals from navigation satellites. The system uses two reference structures which are measured from at least two positions and compared with images in an image processing system to determine the position of the reference point. This is a static system that only includes the position of one reference point.
DE 10016178A beskriver en metode for posisjonsbestemmelse av biler når sikten til navigasjonssatellittene blir brutt av bygninger. Metoden bygger på korrelasjon mellom tidligere mottatte posisjoner og data om faste veier og strukturer lagret i et kart. Metoden er lite egnet for bruk på sjøen siden det ikke eksisterer noen faste begrensninger for fartøyets posisjon. DE 10016178A describes a method for determining the position of cars when the view of the navigation satellites is interrupted by buildings. The method is based on correlation between previously received positions and data on fixed roads and structures stored in a map. The method is not suitable for use at sea since there are no fixed restrictions for the vessel's position.
NO 20130419 et posisjonsreferansesystem og en fremgangsmåte for posisjonering og sporing av ett eller flere objekter, som i tillegg til avstand og asimut også tilveiebringer elevasjonsvinkelen til målet i forhold til instrumentaksene til sensorplattformen. Systemet og fremgangsmåten er videre basert på en kortholds IR-laserradar-transceiver og en eller flere aktive eller passive reflektorer plassert på objekter som skal posisjoneres. Videre omfattes en intern strålestabilisatormekanisme beskyttet fra miljøet. Med andre ord er det et laserbasert posisjoneringssystem som sender ut en laserstråle som reflekteres fra en optisk reflektor montert i en kjent posisjon på objekter og gir avstand og posisjon for reflektoren. Ved å utstyre en bygning eller objekt med enkle passive eller aktive optiske reflektorer kan avstand og posisjon for reflektoren bestemmes med høy grad av nøyaktighet, typisk under 1 meter. NO 20130419 a position reference system and a method for positioning and tracking one or more objects, which in addition to distance and azimuth also provides the elevation angle of the target in relation to the instrument axes of the sensor platform. The system and method are further based on a short-range IR laser radar transceiver and one or more active or passive reflectors placed on objects to be positioned. Furthermore, an internal beam stabilizer mechanism protected from the environment is included. In other words, it is a laser-based positioning system that sends out a laser beam that is reflected from an optical reflector mounted in a known position on objects and gives the distance and position of the reflector. By equipping a building or object with simple passive or active optical reflectors, the distance and position of the reflector can be determined with a high degree of accuracy, typically below 1 meter.
Ingen av de nevnte publikasjonene tilveiebringer en høynøyaktig posisjoneringsløsning for maritime fartøyer i de tilfeller hvor posisjoneringsnøyaktigheten for navigasjonsposisjonering blir redusert eller helt ødelagt som følge av hindrende objekter i sikten mot navigasjonssatellittene. None of the aforementioned publications provide a highly accurate positioning solution for maritime vessels in those cases where the positioning accuracy for navigation positioning is reduced or completely destroyed as a result of obstructing objects in the line of sight of the navigation satellites.
Ingen av de ovenfor nevnte publikasjonene tilveiebringer en høynøyaktig posisjoneringsløsning for maritime fartøyer i de tilfeller hvor uønskede refleksjoner fra objekter i nærheten medfører redusert signalkvalitet fra navigasjonssatellittene. None of the above-mentioned publications provide a highly accurate positioning solution for maritime vessels in cases where unwanted reflections from nearby objects result in reduced signal quality from the navigation satellites.
Formål Purpose
Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som helt eller delvis fjerner de ovenfor nevnte problemene med kjent teknikk. The main purpose of the present invention is to provide a method and a system which completely or partially removes the above-mentioned problems with known technology.
Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som løser problemene med eksisterende posisjonering i områder med hindringer i sikten til navigasjonssatellittene. It is further an object of the present invention to provide a method and a system which solves the problems of existing positioning in areas with obstacles in the line of sight of the navigation satellites.
Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som forbedrer nøyaktigheten i posisjonering i områder med hindrende objekter slik at navigasjon kan skje effektivt og nøyaktig for å unngå nærhetsproblemer og kollisjonsfare. An aim of the present invention is to provide a method and a system which improves the accuracy of positioning in areas with obstructing objects so that navigation can take place efficiently and accurately to avoid proximity problems and the risk of collision.
Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som automatiserer, forenkler, effektiviserer og optimaliserer navigasjonsrutiner og systemer i forbindelse med nærnavigasjon i maritime områder med dårlig sikt til navigasjonssatellitter. One purpose of the present invention is to provide a method and a system that automates, simplifies, streamlines and optimizes navigation routines and systems in connection with close navigation in maritime areas with poor visibility to navigation satellites.
Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet for å beregne siktelinje mellom navigasjonsmottaker på et maritimt fartøy og fare for brudd i sikten til navigasjonssatellitter på grunn av hindrende objekter i nærheten. Another object of the present invention is to provide a method and a system which is designed to calculate the line of sight between a navigation receiver on a maritime vessel and the danger of breaking the line of sight to navigation satellites due to obstructing objects in the vicinity.
Et ytterligere formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for å beregne tidsmargin til et eventuelt brudd i sikten til en navigasjonssatellitt. A further purpose is to provide a method and a system designed to calculate the time margin for a possible break in the visibility of a navigation satellite.
Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for å bestemme korreksjonsfaktorer som kan øke nøyaktigheten til et maritimt fartøys posisjoneringssystem gjennom å benytte midler for posisjons- og avstandsbestemmelse til objekter og/eller en tredimensjonal tegnings- eller fotografibasert database. An object of the present invention is to provide a method and a system designed to determine correction factors that can increase the accuracy of a maritime vessel's positioning system by using means for position and distance determination of objects and/or a three-dimensional drawing or photograph-based database.
Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet for å beregne avstand til refleksjonsflater på nærliggende objekter og vurdere fare for redusert signalkvalitet fra navigasjonssatellittene. A further purpose of the present invention is to provide a method and a system which is designed to calculate the distance to reflection surfaces on nearby objects and assess the risk of reduced signal quality from the navigation satellites.
Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet til å generere en alarm hvis det er sannsynlig at sikten til en av navigasjonssatellittene vil bli degradert eller brutt av hindrende objekter eller at posisjonerings-nøyaktigheten vil bli degradert på grunn av uønskede reflekterte signaler A further object of the present invention is to provide a method and a system which is arranged to generate an alarm if it is likely that the visibility of one of the navigation satellites will be degraded or broken by obstructing objects or that the positioning accuracy will be degraded on due to unwanted reflected signals
Oppfinnelsen The invention
De ovenfor nevnte formålene oppnås gjennom en fremgangsmåte som angitt i patentkrav 1 og et system som angitt i patentkrav 7. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er angitt i patentkravene 2-6 og fordelaktige trekk ved systemet er angitt i patentkravene 8-13. The above-mentioned purposes are achieved through a method as stated in patent claim 1 and a system as stated in patent claim 7. Advantageous features of the method are stated in patent claims 2-6 and advantageous features of the system are stated in patent claims 8-13.
Den foreliggende oppfinnelsen tar utgangspunkt i at en navigerende enhet, dvs. et maritimt fartøy, oppbevarer eller får tilført tilleggsinformasjon om nærliggende objekters størrelse, form og posisjon representert ved en tredimensjonal database over form og struktur og benytter denne til å generere posisjonsinformasjon for nøyaktig navigasjon. Den tredimensjonale databasen kan genereres ut fra tegningsdata for objektet, ut fra videobasert bildegjenkjenning av objektet eller ved bruk av en fremgangsmåte og et system som er beskrevet i NO20130419. Mer spesifikk beskrives i NO 20130419 et posisjonsreferansesystem og en fremgangsmåte for posisjonering og sporing av ett eller flere objekter, som i tillegg til avstand og asimut også tilveiebringer elevasjonsvinkelen til målet i forhold til instrumentaksene til sensorplattformen. Systemet og fremgangsmåten er videre basert på en kortholds IR-laserradar-transceiver og en eller flere aktive eller passive reflektorer plassert på objekter som skal posisjoneres. Videre omfattes en intern strålestabilisatormekanisme beskyttet fra miljøet. I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan løsningen i NO 20130419 benyttes til å bygge opp en tegningsdatabase av objektet det er snakk om. The present invention is based on the fact that a navigating unit, i.e. a maritime vessel, stores or receives additional information about the size, shape and position of nearby objects represented by a three-dimensional database of shape and structure and uses this to generate position information for accurate navigation. The three-dimensional database can be generated from drawing data for the object, from video-based image recognition of the object or by using a method and a system described in NO20130419. More specifically, NO 20130419 describes a position reference system and a method for positioning and tracking one or more objects, which in addition to distance and azimuth also provides the elevation angle of the target in relation to the instrument axes of the sensor platform. The system and method are further based on a short-range IR laser radar transceiver and one or more active or passive reflectors placed on objects to be positioned. Furthermore, an internal beam stabilizer mechanism protected from the environment is included. In accordance with the present invention, the solution in NO 20130419 can be used to build up a drawing database of the object in question.
Systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, hvilket kan sees på som et dGPS/GNSS-navigasjonssystem, og fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, er innrettet for til enhver tid å utnytte informasjon om navigasjonssatellitters posisjon og egen kjent posisjon for et maritimt fartøy til å beregne siktelinje (LOS - Line Of Sight), mellom navigasjonsmottaker og navigasjonssatellittene. The system in accordance with the present invention, which can be seen as a dGPS/GNSS navigation system, and the method in accordance with the present invention, is designed to utilize information on the position of navigation satellites and the own known position of a maritime vessel at all times to to calculate line of sight (LOS - Line Of Sight), between the navigation receiver and the navigation satellites.
Systemet og fremgangsmåten er videre innrettet for å benytte den tredimensjonale databasen over objektet til enhver tid å beregne avstand mellom siktelinje fra navigasjonsmottaker på fartøyet til navigasjonssatellittene og nærmeste hindring på de nærliggende objektene med tanke på fare for brudd i sikten til navigasjonssatellitten. Slike hindringer kan være konstruksjoner som operatørrom, prosessrom, tanker, oppholdskvarter, kraner, bommer, andre fartøyer eller lignende som kan representere vesentlige hindre som vil blokkere for sikten til navigasjonssatellittene. The system and the method are further designed to use the three-dimensional database of the object at all times to calculate the distance between the line of sight from the navigation receiver on the vessel to the navigation satellites and the nearest obstacle on the nearby objects in view of the risk of breaking the line of sight to the navigation satellite. Such obstacles can be structures such as operator rooms, process rooms, tanks, living quarters, cranes, booms, other vessels or the like which can represent significant obstacles that will block the view of the navigation satellites.
Systemet og fremgangsmåten er videre innrettet for å benytte den tredimensjonale databasen over objektet til å beregne avstand til refleksjonsflater på objektet som kan medføre degraderende signaler som vil redusere signalkvaliteten for navigasjonssignalene fra navigasjonssatellittene. The system and the method are further designed to use the three-dimensional database of the object to calculate the distance to reflection surfaces on the object which may cause degrading signals which will reduce the signal quality for the navigation signals from the navigation satellites.
Med andre ord så er systemet og fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen innrettet for automatisk vurdering av fare for brudd eller degradering i signaler fra navigasjonssatellittene basert på avstanden mellom beregnet/estimert siktelinje og hindrende konstruksjon på nærliggende objekt, samt objektets overflateegenskaper, slik at man kan redusere vekten av den aktuelle navigasjonssatellitten i den endelige navigasjonsløsningen. Dermed fjernes eventuelle feilkilder fra en navigasjonssatellitt som er i ferd med å forsvinne bak en hindrende konstruksjon på objektet allerede før sikten fra navigasjonsmottaker på fartøyet til navigasjonssatellitten opphører eller degraderes som følge av reflekterende overflater som medfører reduserte signalkvalitet og tilveiebringer dermed en navigasjonsløsning som er mer sikker og robust. In other words, the system and method in accordance with the present invention are designed for automatic assessment of the risk of breakage or degradation in signals from the navigation satellites based on the distance between the calculated/estimated line of sight and obstructing construction on a nearby object, as well as the object's surface characteristics, so that can reduce the weight of the navigation satellite in question in the final navigation solution. This removes any sources of error from a navigation satellite that is in the process of disappearing behind an obstructing structure on the object even before the line of sight from the navigation receiver on the vessel to the navigation satellite ceases or is degraded as a result of reflective surfaces that lead to reduced signal quality and thus provides a navigation solution that is more secure and robust.
Videre kan systemet og fremgangsmåten også være innrettet for å beregne tidsmargin til sikten blir brutt basert på navigasjonssatellittenes dekningsområde og den tredimensjonale databasen over objektet. Furthermore, the system and the method can also be arranged to calculate the time margin until visibility is broken based on the coverage area of the navigation satellites and the three-dimensional database of the object.
Videre er posisjonen til objektene kjent fra den tredimensjonale databasen som inneholder posisjonsdata med høy nøyaktighet relativt objektets koordinatsystem. Ved å benytte midler for posisjons- og avstandsmåling, eksempelvis i form av en kortholdsradar på fartøyet og en eller flere posisjonstranspondere på objektet eller kortholds IR-laserradar-transceiver på fartøyet og en eller flere aktive eller passive reflektorer på objektet, kan den relative posisjonen for fartøy i forhold til objektet bestemmes med høy nøyaktighet. Objektets absolutte posisjon samt den relative posisjonen mellom fartøy og objekt kan igjen benyttes til å bestemme fartøyets absolutte posisjon som igjen kan korreleres med navigasjonssystemets posisjonsdata fra navigasjonssatellittene. Med et utgangspunkt med unøyaktige navigasjonssatellittmålinger kan en vha. midler for posisjons- og avstandsmåling til kjente objekter dermed avlede korreksjonssignaler som kan benyttes i fartøyets endelige posisjoneringsløsning. Med andre ord vil midler for posisjons- og avstandsmåling kunne benyttes til å bygge opp en tredimensjonal database til bruk for posisjonering i forhold til faste og bevegelige objekter, som for eksempel kraner eller andre bevegelig objekter. Furthermore, the position of the objects is known from the three-dimensional database which contains position data with high accuracy relative to the object's coordinate system. By using means for position and distance measurement, for example in the form of a short-range radar on the vessel and one or more position transponders on the object or short-range IR laser radar transceivers on the vessel and one or more active or passive reflectors on the object, the relative position of vessel in relation to the object is determined with high accuracy. The object's absolute position as well as the relative position between vessel and object can again be used to determine the vessel's absolute position, which can again be correlated with the navigation system's position data from the navigation satellites. With a starting point of inaccurate navigation satellite measurements, one can use means for position and distance measurement to known objects, thus deriving correction signals that can be used in the vessel's final positioning solution. In other words, means for position and distance measurement can be used to build up a three-dimensional database for use in positioning in relation to fixed and moving objects, such as cranes or other moving objects.
Den tredimensjonale databasen med nøyaktig posisjonsinformasjon for det hindrende objektet er med andre ord av sentral betydning for den foreliggende oppfinnelsen. Den tredimensjonale databasen kan i prinsippet foreligge i ulike representasjoner. Den ene representasjonen som er beskrevet over består av oppmålte posisjonsdata for alle sentrale punkter på objektet som kanter, hjørner, forbindelseslinjer o.l. for alle deler av objektet relativt objektets koordinatsystem. Denne databasen blir en samling av posisjonsdata for det hindrende objektet med tilhørende datasett som beskriver objektets struktur i form av forbindelseslinjer mellom posisjonene relativt objektets koordinatsystem. En slik database over avstand og posisjon til objektets karakteristiske posisjoner relativt objektets koordinatsystem kan i prinsippet gjøres så nøyaktig somønskelig ved å innføre tilstrekkelig antall punkter eller posisjoner på objektet. In other words, the three-dimensional database with exact position information for the obstructing object is of central importance for the present invention. The three-dimensional database can in principle exist in various representations. The one representation described above consists of measured position data for all central points on the object such as edges, corners, connecting lines etc. for all parts of the object relative to the object's coordinate system. This database will be a collection of positional data for the obstructing object with associated data sets that describe the object's structure in the form of connecting lines between the positions relative to the object's coordinate system. Such a database of distance and position to the object's characteristic positions relative to the object's coordinate system can in principle be made as accurate as desired by introducing a sufficient number of points or positions on the object.
En annen representasjon av objektet kan være en optisk eller fotografisk representasjon. Databasen vil da være en tredimensjonal fotografisk database (piksler) som gjennom en bildebehandlingsprosess kan gi tilsvarende informasjon om objektet og posisjoner på objektet relativt objektets koordinatsystem. Den fotografiske databasen inneholder et stort antall fotografier av objektet tatt fra mange posisjoner og eventuelt vinkler slik at en fotografisk representasjon er knyttet til den nøyaktige posisjonen der bildet ble tatt. Another representation of the object may be an optical or photographic representation. The database will then be a three-dimensional photographic database (pixels) which, through an image processing process, can provide corresponding information about the object and positions on the object relative to the object's coordinate system. The photographic database contains a large number of photographs of the object taken from many positions and possibly angles so that a photographic representation is linked to the exact position where the picture was taken.
En annen utførelse av oppfinnelsen kan da være at en ved hjelp av videokamera til enhver tid har en optisk representasjon av objektet som kan sammenlignes med data fra den tredimensjonale fotografiske databasen og på grunnlag av dette estimere avstand og vinkel til alle elementer på objektet. Avstand og vinkel konverteres på kjent måte til relativ og absolutt posisjon og kan på samme måte som over benyttes til å beregne når sikten fra fartøyets navigasjonsmottaker til navigasjonssatellitten blir brutt. Another embodiment of the invention can then be that, with the help of a video camera, one has an optical representation of the object at all times which can be compared with data from the three-dimensional photographic database and on the basis of this estimate the distance and angle to all elements on the object. Distance and angle are converted in a known manner to relative and absolute position and can be used in the same way as above to calculate when the line of sight from the vessel's navigation receiver to the navigation satellite is broken.
Denne informasjon benyttes videre inn mot fartøyets navigasjonsløsning for å oppnå størst mulig nøyaktighet i posisjoneringsløsningen. This information is further used against the vessel's navigation solution to achieve the greatest possible accuracy in the positioning solution.
Videre kan data fra videokameraet og den fotografiske databasen benyttes i en bildebehandlingsprosess som estimerer fartøyets nøyaktige posisjon i forhold til objektet, relativt objektets koordinatsystem. Estimatet kan videre benyttes for å beregne korreksjonsdata som kan benyttes i fartøyets endelige navigasjonsløsning. Furthermore, data from the video camera and the photographic database can be used in an image processing process that estimates the exact position of the vessel in relation to the object, relative to the object's coordinate system. The estimate can also be used to calculate correction data that can be used in the vessel's final navigation solution.
Nøyaktig avstand til og posisjon for elementer eller konstruksjoner på det hindrende objektet kan også etableres ved hjelp av det ovenfor nevnte midler for posisjons- og avstandsmåling som omfatter en kortholds IR-laserradar-transceiver laser. Ved å utstyre objektet med optiske reflektorer på utvalgte steder eller komponenter, kan avstanden og posisjonen for disse i forhold til fartøyet måles med stor nøyaktighet, typisk bedre enn 1 m nøyaktighet, dvs. relativt fartøyets koordinatsystem. Sammen med annen optisk informasjon og tegningsdatabase vil dette bidra til å beskrive objektet med høy nøyaktighet slik at beregningen av klaring for siktelinjen kan bli bedre enn om man ikke benytter lasermålinger. Metoden vil være særlig nyttig i de tilfeller der det er gjort endringer på objektet som ikke er oppdatert i tegn i ngsd a ta ba sen og når en skal posisjonere objekter som f.eks. kraner eller andre bevegelige objekter. Exact distance to and position of elements or structures on the obstructing object can also be established using the above-mentioned means for position and distance measurement, which include a short-range IR laser radar transceiver laser. By equipping the object with optical reflectors at selected locations or components, the distance and position of these in relation to the vessel can be measured with great accuracy, typically better than 1 m accuracy, i.e. relative to the vessel's coordinate system. Together with other optical information and the drawing database, this will help to describe the object with high accuracy so that the calculation of clearance for the line of sight can be better than if one does not use laser measurements. The method will be particularly useful in cases where changes have been made to the object that have not been updated in characters in the ngsd a ta ba sen and when one has to position objects such as e.g. cranes or other moving objects.
Videre kan det benyttes innmålte data fra kartlegging eller GPS RTK ("Real Time Kinematic") vedrørende objektets nøyaktige posisjon som kan være lagret i tegningsdatabasen eller som overføres på radio fra objektet til fartøyet. Furthermore, measured data from mapping or GPS RTK ("Real Time Kinematic") can be used regarding the object's exact position which can be stored in the drawing database or which is transmitted by radio from the object to the vessel.
Den foreliggende oppfinnelsen vil på grunnlag av dette gi bedre nøyaktighet og høyere sikkerhet for navigasjon nær hindrende objekter enn eksisterende metoder som vil få problemer når sikten til navigasjonssatellitten blir brutt eller signaler med høyt innhold av reflekser blir brukt i posisjoneringsløsningen. On this basis, the present invention will provide better accuracy and higher safety for navigation near obstructing objects than existing methods which will have problems when the visibility of the navigation satellite is broken or signals with a high content of reflexes are used in the positioning solution.
Ytterligere fordelaktige trekk og detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen. Further advantageous features and details of the present invention will be apparent from the following exemplary description.
Eksempel Example
Den foreliggende oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Figur 1 viser et fartøy som mottar GNSS-signaler fra fire navigasjonssatellitter uten hindringer i sikten for fartøyets navigasjonsmottaker, Figur 2 viser et fartøy i nærheten av et objekt i form av en rigg hvor sikten fra fartøyets navigasjonsmottaker til en av navigasjonssatellittene hindres av boretårn, boligmodul eller andre konstruksjoner, The present invention will be described in more detail below with reference to the attached drawings, where: Figure 1 shows a vessel receiving GNSS signals from four navigation satellites without obstructions in the line of sight for the vessel's navigation receiver, Figure 2 shows a vessel in the vicinity of an object in form of a rig where the view from the vessel's navigation receiver to one of the navigation satellites is obstructed by a derrick, housing module or other constructions,
Figur 3 viser et blokkskjema for et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, Figure 3 shows a block diagram of a system in accordance with the present invention,
Figur 4 viser et fartøy i nærheten av et objekt i form av en rigg forsynt med hvor fartøyet og objektet er forsynt med midler for posisjons- og avstandsmåling, Figur 5 viser et fartøy forsynt med minst ett videokamera for å innhente informasjon om et objekt, Figur 6 viser et eksempel på et brukergrensesnitt for systemet i samsvar med oppfinnelsen, og Figure 4 shows a vessel in the vicinity of an object in the form of a rig provided with where the vessel and the object are provided with means for position and distance measurement, Figure 5 shows a vessel provided with at least one video camera to obtain information about an object, Figure 6 shows an example of a user interface for the system in accordance with the invention, and
Figur 7 viser trinn i en fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figure 7 shows steps in a method in accordance with the present invention.
Henviser nå til Figur 1 som viser fartøy 20 som mottar GNSS-signaler gjennom en mottaker og mottakerantenne 104 fra fire navigasjonssatellitter 10 uten hindring i sikten til navigasjonssatellitten 10. Følgelig er det ingen problemer med nøyaktighet og posisjonering av fartøyet 20. Som vist i Figur 2 så kan det oppstå problemer med nøyaktigheten og posisjoneringen når fartøyet 20 kommer i nærheten av eksempelvis en rigg 30 hvor sikten til en navigasjonssatellitt 10 som benyttes hindres av boretårn 31, boligmoduler 32 eller andre konstruksjoner. En slik situasjon kan føre til at satellittsignalet plutselig forsvinner som følge av at sikten blir brutt og/eller degraderende signaler fra reflekterende overflater 33 på objektet 30 som kan medføre en unøyaktig posisjonering. Referring now to Figure 1 which shows vessel 20 receiving GNSS signals through a receiver and receiver antenna 104 from four navigation satellites 10 without obstruction in the line of sight of the navigation satellite 10. Accordingly, there are no problems with accuracy and positioning of the vessel 20. As shown in Figure 2 then problems with the accuracy and positioning may arise when the vessel 20 comes close to, for example, a rig 30 where the view of a navigation satellite 10 being used is obstructed by derricks 31, housing modules 32 or other structures. Such a situation can cause the satellite signal to suddenly disappear as a result of visibility being broken and/or degrading signals from reflective surfaces 33 on the object 30 which can lead to inaccurate positioning.
Henviser nå til Figur 3 som viser blokkskjema for et siktelinjesystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Kjernekomponenten i den foreliggende oppfinnelsen er en navigasjonsprosessor 100 forsynt med programvare og/eller midler for å innhente informasjon fra en eller flere av: Referring now to Figure 3 which shows a block diagram of a line of sight system in accordance with the present invention. The core component of the present invention is a navigation processor 100 provided with software and/or means for obtaining information from one or more of:
- minst en tredimensjonal database 101, tegnings- eller fotografibasert, - at least one three-dimensional database 101, drawing or photograph-based,
- midler 102 for posisjonering- og avstandsmåling, - means 102 for positioning and distance measurement,
- videoenhet og bildeanalysator for posisjonering- og avstandsmåling 103, - video unit and image analyzer for positioning and distance measurement 103,
- mottaker og mottakerantenne 104 for dGPS eller GNSS-navigasjonssignaler. - receiver and receiver antenna 104 for dGPS or GNSS navigation signals.
Videre så er navigasjonsprosessoren 100 forsynt med midler og/eller programvare for å beregne siktelinje 11 mellom mottakerantennen 104 og navigasjonssatellittene 10. Navigasjonsprosessoren 100 er videre forsynt med midler og/eller programvare for å beregne avstand mellom siktelinjen 11 mellom mottakerantenne 104 og navigasjonssatellittene 10 og nærmeste hindring 31, 32 på de nærliggende objektene 30 basert på informasjon fra den tredimensjonale databasen 101 samt objektenes 30 navigasjonsdata, herunder posisjon og orientering av objektene 30, og derigjennom automatisk vurdere fare for brudd i sikten. Videre vil navigasjonsprosessoren 100 være forsynt med midler og/eller programvare for å beregne tidsmargin til sikten blir brutt basert på navigasjonssatellittenes 10 dekningsområde og informasjon fra den tredimensjonale databasen 101 om posisjon og utstrekning for hindrende konstruksjoner 31, 32 på objektet 30. Furthermore, the navigation processor 100 is provided with means and/or software to calculate the line of sight 11 between the receiver antenna 104 and the navigation satellites 10. The navigation processor 100 is also provided with means and/or software to calculate the distance between the line of sight 11 between the receiver antenna 104 and the navigation satellites 10 and the nearest obstacle 31, 32 on the nearby objects 30 based on information from the three-dimensional database 101 as well as the navigation data of the objects 30, including the position and orientation of the objects 30, thereby automatically assessing the risk of a breach in visibility. Furthermore, the navigation processor 100 will be provided with means and/or software to calculate the time margin until visibility is broken based on the coverage area of the navigation satellites 10 and information from the three-dimensional database 101 about the position and extent of obstructing structures 31, 32 on the object 30.
Navigasjonsprosessoren 100 er videre forsynt med midler og/eller programvare for automatisk vurdering av faren for degradering av navigasjonssignalenes kvalitet på grunn av objektets 30 overflateegenskaper, dvs. reflekterende overflater som medfører reduserte signalkvalitet. The navigation processor 100 is further provided with means and/or software for automatic assessment of the danger of degradation of the quality of the navigation signals due to the surface properties of the object 30, i.e. reflective surfaces which result in reduced signal quality.
Basert på disse to vurderingene kan navigasjonsprosessoren 100 redusere vekten av den aktuelle navigasjonssatellitten 10 i den endelige navigasjonsløsningen, herunder multi-banedegradering, hvilket vil bli utdypet nedenfor under beskrivelsen av fremgangsmåten. Based on these two assessments, the navigation processor 100 can reduce the weight of the relevant navigation satellite 10 in the final navigation solution, including multi-path degradation, which will be elaborated below during the description of the method.
Videre omfatter systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen et brukergrensesnitt 200, samt et grensesnitt 300 for import og eksport av data, eksempelvis dataoverføring til et eksternt dynamisk posisjoneringssystem. Furthermore, the system in accordance with the present invention comprises a user interface 200, as well as an interface 300 for importing and exporting data, for example data transfer to an external dynamic positioning system.
Den tredimensjonale databasen 101 inneholder nøyaktig posisjonsinformasjon for aktuelle objekter 30 med eventuelle hindrende konstruksjoner 31, 32 relativt objektets 30 koordinatsystem og vil inneha en sentral funksjon i den foreliggende oppfinnelsen. Den tredimensjonale databasen 101 kan i en første utførelsesform bestå av oppmålte posisjonsdata for alle sentrale punkter på aktuelle objekter 30 som kanter, hjørner, forbindelseslinjer, samt konstruksjoner 31, 32 o.l. for alle deler av objektet 30 relativt objektets 30 koordinatsystem. Dette gir en samling av posisjonsdata med tilhørende datasett som beskriver objektets 30 struktur i form av forbindelseslinjer mellom posisjonene. Antall punkter eller posisjoner vil bestemme nøyaktigheten på informasjonen i databasen. The three-dimensional database 101 contains accurate position information for relevant objects 30 with any obstructing constructions 31, 32 relative to the object's 30 coordinate system and will have a central function in the present invention. In a first embodiment, the three-dimensional database 101 can consist of measured position data for all central points on relevant objects 30 such as edges, corners, connecting lines, as well as constructions 31, 32 and the like. for all parts of the object 30 relative to the object's 30 coordinate system. This provides a collection of position data with associated data sets that describe the object's 30 structure in the form of connecting lines between the positions. The number of points or positions will determine the accuracy of the information in the database.
I en andre utførelsesform av den tredimensjonale databasen 101 inneholder databasen tre-dimensjonal fotografiske data (piksler) som gjennom en bildebehandlingsprosess kan gi tilsvarende informasjon om objektet 30 og posisjoner på objektet 30 som i den første utførelsesformen av databasen. En slik database vil da inneholde et stort antall fotografier av strukturen tatt fra mange posisjoner slik at en fotografisk representasjon er knyttet til den nøyaktige posisjonen der bildet ble tatt, relativt objektets 30 koordinatsystem. In a second embodiment of the three-dimensional database 101, the database contains three-dimensional photographic data (pixels) which through an image processing process can provide corresponding information about the object 30 and positions on the object 30 as in the first embodiment of the database. Such a database will then contain a large number of photographs of the structure taken from many positions so that a photographic representation is linked to the exact position where the picture was taken, relative to the object's 30 coordinate system.
Henviser nå til Fig. 4 som viser et fartøy forsynt med midler 102 for posisjons- og avstandsmåling. Midlene 102 kan i et første eksempel være dannet av en kortholds posisjonsradar 40 innrettet på fartøyet 20 og minst en posisjonstransponder 50 innrettet på objektet 30 og i et andre eksempel kan midlene 102 være dannet av en kortholds IR-laserradar-transceiver 60 på fartøyet og en eller flere aktive eller passive reflektorer 70. Ettersom posisjoner til punkter på objektet 30 er kjent fra den tredimensjonale databasen 101 med høy nøyaktighet, kan man ved at system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter en av de nevnte midler 102 for posisjons- og avstandsmåling bestemme den relative posisjonen for fartøyet 20 i forhold til objektet 30 med høy nøyaktighet. Objektets 30 absolutte posisjon samt den relative posisjonen kan igjen benyttes til å bestemme fartøyets 20 absolutte posisjon som igjen kan korreleres med posisjon fra fartøyets navigasjonssystem. Med et utgangspunkt med unøyaktige satellittmålinger kan en vha. midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling dermed avlede korreksjonssignaler som kan benyttes i fartøyets endelige posisjoneringsløsning. Det skal nevnes at dersom midlene 102 omfatter den nevnte kortholds IR-laserradar-tranceiver og reflektorer vil man i tillegg til posisjon og avstand også være i stand til å måle asimut og elevasjonsvinkel i forhold til objektet 30. Referring now to Fig. 4 which shows a vessel provided with means 102 for position and distance measurement. The means 102 can in a first example be formed by a short-range position radar 40 arranged on the vessel 20 and at least one position transponder 50 arranged on the object 30 and in a second example the means 102 can be formed by a short-range IR laser radar transceiver 60 on the vessel and a or several active or passive reflectors 70. As positions of points on the object 30 are known from the three-dimensional database 101 with high accuracy, by the system in accordance with the present invention comprising one of the aforementioned means 102 for position and distance measurement, one can determine the relative position of the vessel 20 in relation to the object 30 with high accuracy. The object's 30 absolute position as well as the relative position can again be used to determine the vessel's 20 absolute position, which can again be correlated with the position from the vessel's navigation system. With a starting point of inaccurate satellite measurements, one can use the means 102 for position and distance measurement thus derive correction signals that can be used in the vessel's final positioning solution. It should be mentioned that if the means 102 comprise the aforementioned short-range IR laser radar transceiver and reflectors, in addition to position and distance, one will also be able to measure the azimuth and elevation angle in relation to the object 30.
Henvisning er nå gjort til Fig. 5 som viser et fartøy 20 forsynt minst ett videokamera 80 som kan gi informasjon til videoenhet og bildeanalysator for posisjonering 103 som gjennom bilde eller video kan sammenligne bilder eller video med bilder eller video i den fotografiske databasen 101 for posisjonsbestemmelse. Reference is now made to Fig. 5 which shows a vessel 20 equipped with at least one video camera 80 which can provide information to a video unit and image analyzer for positioning 103 which, through images or videos, can compare images or videos with images or videos in the photographic database 101 for position determination .
Henviser nå til Fig. 6 som viser et eksempel på utforming av brukergrensesnittet 200 for et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som eksempelvis kan være en berørings-skjerm. Brukergrensesnitt 200 kan eksempelvis omfatte en eller flere av følgende: Referring now to Fig. 6 which shows an example of the design of the user interface 200 for a system in accordance with the present invention, which can for example be a touch screen. User interface 200 can, for example, include one or more of the following:
- liste 201 over synlige navigasjonssatellitter, - list 201 of visible navigation satellites,
- grafisk presentasjon 202 av synlige navigasjonssatellitter, - graphic presentation 202 of visible navigation satellites,
- grafisk presentasjon 203 av alle navigasjonssatellitter med estimert/beregnet siktelinje og hindrende objekter - visning 204 av siktelinjemarginer for alle navigasjonssatellitter og estimert tap av sporingstid, - graphical presentation 203 of all navigation satellites with estimated/calculated line of sight and obstructing objects - display 204 of line of sight margins for all navigation satellites and estimated loss of tracking time,
- video- og/eller bildeinformasjon 205, - video and/or image information 205,
- GPS/GNSS-informasjon 206, - GPS/GNSS information 206,
- alarmer 207, - alarms 207,
- informasjon 208 fra midler 102 for posisjons- og avstandsmåling, - information 208 from means 102 for position and distance measurement,
- input-grensesnitt 209 for konfigurasjonsmeny, marginoppsett, bestemmelsesnivå, parametere osv., - input interface 209 for configuration menu, margin setup, determination level, parameters, etc.,
- driftsinformasjon 210, - operating information 210,
- etc. - etc.
Ved hjelp av brukergrensesnittet 200 kan en operatør sette ønskede parametere for systemet, så som grenseverdier for beregning av avstand mellom hindrende konstruksjon 31, 32 på objektet og siktelinje 11, estimert tap av sporingstid, alarmnivåer, samt få informasjon fra de ulike komponentene, alarmer og driftsinformasjon. Using the user interface 200, an operator can set desired parameters for the system, such as limit values for calculating the distance between the obstructing construction 31, 32 on the object and the line of sight 11, estimated loss of tracking time, alarm levels, as well as getting information from the various components, alarms and operating information.
Bruken av det ovenfor beskrevne systemet vil nå bli beskrevet. The use of the above described system will now be described.
Henviser nå til Fig. 7 som skjematisk viser trinnene i en fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Referring now to Fig. 7 which schematically shows the steps in a method in accordance with the present invention.
Fremgangsmåten omfatter et trinn 401 for å bestemme absolutt posisjon til fartøyet 20 basert på input fra GPS/GNSS-systemer, dvs. navigasjonssatellitter 10. The method comprises a step 401 for determining the absolute position of the vessel 20 based on input from GPS/GNSS systems, i.e. navigation satellites 10.
Fremgangsmåten omfatter videre et trinn 402 for innhenting av dekningsområde for navigasjonssatellitter, posisjon og strukturdata for objekter 30 i nærheten av fartøyet 20 fra den tredimensjonale databasen 101 objektenes 30 navigasjonsdata, herunder absolutt posisjon og orientering av objektene 30. The method further includes a step 402 for obtaining the coverage area for navigation satellites, position and structure data for objects 30 in the vicinity of the vessel 20 from the three-dimensional database 101 the objects' 30 navigation data, including the absolute position and orientation of the objects 30.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 403 for å bestemme fartøyets relative posisjon i forhold til objekter 30 i nærheten basert på målinger gjort av midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling og/eller data fra den tredimensjonale databasen 101. Trinn 403 kan videre omfatte å benytte den relative posisjonen til å estimere fartøyets 20 absolutte posisjon som korreleres med fartøyets 20 posisjoneringssystem for å finne korreksjonsfaktorer. The method may further include a step 403 for determining the vessel's relative position in relation to objects 30 in the vicinity based on measurements made by the means 102 for position and distance measurement and/or data from the three-dimensional database 101. Step 403 may further include using the relative position to estimate the vessel's 20 absolute position which is correlated with the vessel's 20 positioning system to find correction factors.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 404 for å korrigere posisjon for fartøyet 20 basert på data fra den tredimensjonale databasen 101 og/eller midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling. The method can further include a step 404 to correct the position of the vessel 20 based on data from the three-dimensional database 101 and/or the means 102 for position and distance measurement.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 405 for å bestemmes posisjonen for alle navigasjonssatellitter 10 vha. data fra dGPS/GNSS-mottaker 104. The method can further include a step 405 to determine the position of all navigation satellites 10 using data from dGPS/GNSS receiver 104.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 406 for å beregne siktelinjer 11 til alle navigasjonssatellitter 10. The method may further comprise a step 406 to calculate sight lines 11 to all navigation satellites 10.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 407 for å estimere klaring, dvs. avstand mellom siktelinjer 11 til alle navigasjonssatellitter 10 og nærliggende hindringer 31, 32 på objekter 30 i nærheten av fartøyet 20 basert på GPS/GNSS-posisjon og korreksjoner fra den tredimensjonale databasen 101 og midler 102 for posisjons- og avstandsbestemmelse. The method may further comprise a step 407 for estimating clearance, i.e. distance between lines of sight 11 to all navigation satellites 10 and nearby obstacles 31, 32 on objects 30 in the vicinity of the vessel 20 based on GPS/GNSS position and corrections from the three-dimensional database 101 and means 102 for position and distance determination.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 408 for å beregne om den estimerte klaringen, dvs. avstanden, i trinn 407 er tilstrekkelig til å unngå at signalet fra navigasjonssatellitten 10 vil bli brutt. Dersom resultatet er man unngår at signalet blir brutt returner man til trinn 401. Dersom resultatet er at signalet vil bli brutt fortsetter man direkte til trinn 409 eller går til trinn 408a. Trinn 408a omfatter å beregne tidsmargin til når sikten til den aktuelle navigasjonssatellitten 10 blir brutt på grunnlag av posisjonsdata og fartøysbevegelse. Dersom tidsmarginen er tilstrekkelig for videre sikker navigering returnerer man til trinn 401. Dersom tidsmarginen er for liten fortsetter man til trinn 409. The method can further comprise a step 408 to calculate whether the estimated clearance, i.e. the distance, in step 407 is sufficient to avoid that the signal from the navigation satellite 10 will be broken. If the result is that you avoid the signal being broken, you return to step 401. If the result is that the signal will be broken, you continue directly to step 409 or go to step 408a. Step 408a comprises calculating the time margin until the sight of the relevant navigation satellite 10 is broken on the basis of position data and vessel movement. If the time margin is sufficient for further safe navigation, you return to step 401. If the time margin is too small, you continue to step 409.
I trinn 409 så fjernes data fra den aktuelle navigasjonssatellitten 10 fra posisjonsberegning, samt avgi alarm og vise/oppdatere data og informasjon på grensesnittet 200. In step 409, data from the relevant navigation satellite 10 is removed from position calculation, as well as issuing an alarm and displaying/updating data and information on the interface 200.
Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 406a som omfatter å beregne avstand til aktuelle refleksjonsflater 33 på et nærliggende objekt 30. Dette kan gjøres ved å benytte den tredimensjonale tegnings- eller fotografibaserte databasen 101 sammen med et videokamera 80 og digital bildebehandling til å estimere aktuelle refleksjonsflater, samt avstand til disse, på objektet 30 som er av en slik art at de kan generere falske reflekterende signaler fra navigasjonssatellittene 10, slik at disse navigasjonssatellittene 10 ikke bør benyttes til å estimere posisjon for fartøyet 20. The method can further include a step 406a which comprises calculating the distance to relevant reflection surfaces 33 on a nearby object 30. This can be done by using the three-dimensional drawing or photograph-based database 101 together with a video camera 80 and digital image processing to estimate relevant reflection surfaces, as well as the distance to these, on the object 30 which is of such a nature that they can generate false reflective signals from the navigation satellites 10, so that these navigation satellites 10 should not be used to estimate the position of the vessel 20.
Den kan videre omfatte et trinn 407b som omfatter å estimere graden og sannsynligheten for multi-baneproblemer vha. en multi-banealgoritme og derigjennom fare for degradering av satellittsignaler. It may further comprise a step 407b which comprises estimating the degree and probability of multi-path problems using a multi-path algorithm and thereby the risk of degradation of satellite signals.
Den kan videre omfatte et trinn 408b som omfatter å beregne om graden/sannsynligheten for multi-banedegradering er mindre enn en ønsket margin. Dersom dette ikke er tilfelle returnerer fremgangsmåten til trinn 401. Dersom dette er tilfelle fortsetter fremgangsmåten til trinn 409. It may further comprise a step 408b comprising calculating whether the degree/probability of multi-path degradation is less than a desired margin. If this is not the case, the method returns to step 401. If this is the case, the method continues to step 409.
Fremgangsmåten omfatter dermed gjennom trinnene 401-405,406, 407,408 og 409 estimering av posisjon og siktelinje og gir alarm og fjerner data fra den aktuelle navigasjonssatellitten 10 dersom siktelinjen 11 er under en gitt klaring/avstand fra hindrende konstruksjoner 31, 33 på nærliggende objekt 30. The procedure thus includes, through steps 401-405, 406, 407, 408 and 409, estimation of position and line of sight and gives an alarm and removes data from the relevant navigation satellite 10 if the line of sight 11 is below a given clearance/distance from obstructing structures 31, 33 on nearby object 30.
Fremgangsmåten omfatter videre gjennom trinnene 401-405,406,407, 408a og 409 estimering av tidsmargin til sikten blir brutt, for derigjennom å kunne vurdere hvor lenge man kan fortsette posisjoneringen før nøyaktigheten reduseres. The procedure further includes, through steps 401-405, 406, 407, 408a and 409, estimation of the time margin until visibility is broken, in order to thereby be able to assess how long the positioning can be continued before the accuracy is reduced.
Fremgangsmåten omfatter videre gjennom trinnene 401-405,406b, 407b, 408b og 409 estimering av graden av refleksjoner/multi-bane fra potensielle reflekterende flater 33 på objekter 30 og derigjennom degradering av signaler fra navigasjonssatellitter som vil føre til redusert nøyaktighet. The method further includes, through steps 401-405, 406b, 407b, 408b and 409, estimation of the degree of reflections/multi-path from potential reflective surfaces 33 on objects 30 and thereby degradation of signals from navigation satellites which will lead to reduced accuracy.
Fremgangsmåten kan videre omfatte at posisjonsdata og korreksjonsdata generert i operativ drift lagres i en database for etterprosessering og bruk i kartlegging, kvalitetskontroll, simuleringer og fremtidige operasjoner. The procedure can further include that position data and correction data generated in operational operation are stored in a database for post-processing and use in mapping, quality control, simulations and future operations.
Gjennom fremgangsmåten og systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det dermed tilveiebragt en løsning som kan avdekke om det er fare for at sikten til en navigasjonssatellitt blir brutt eller om satellittsignalet blir degradert som følge av reflekterte signaler, samt eventuelt hvor lenge det er til sikten til navigasjonssatellitten blir brutt og derigjennom vil være i stand til å ta hensyn til dette før sikten blir brutt eller degradert og dermed opprettholde posisjoneringssystemets nøyaktighet. Through the method and the system in accordance with the present invention, a solution has thus been provided which can reveal whether there is a danger that the visibility of a navigation satellite is broken or whether the satellite signal is degraded as a result of reflected signals, as well as possibly how long the visibility is until the navigation satellite is broken and will thereby be able to take this into account before visibility is broken or degraded and thus maintain the accuracy of the positioning system.
Modifikasjoner Modifications
Dersom objektet som det skal posisjoneres i forhold til er i bevegelse så vil hele den tredimensjonale databasen overføres først, eller den er tilgjengelig fra forrige besøk, og deretter overføres fordelaktig objektets oppdaterte posisjon og orientering til fartøyet ved forhånds-definerte tidsintervaller bestemt av objektets dynamikk. If the object to be positioned in relation to is in motion, then the entire three-dimensional database will be transferred first, or it is available from the previous visit, and then the object's updated position and orientation is advantageously transferred to the vessel at pre-defined time intervals determined by the object's dynamics.
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140771A NO340898B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects |
| PCT/NO2015/050107 WO2015194966A1 (en) | 2014-06-19 | 2015-06-16 | Method and system for quality control and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructing objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140771A NO340898B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20140771A1 true NO20140771A1 (en) | 2015-12-21 |
| NO340898B1 NO340898B1 (en) | 2017-07-10 |
Family
ID=54935835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20140771A NO340898B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO340898B1 (en) |
| WO (1) | WO2015194966A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7007313B2 (en) * | 2019-03-06 | 2022-02-10 | 日立建機株式会社 | Work machine |
| WO2023286361A1 (en) * | 2021-07-13 | 2023-01-19 | 古野電気株式会社 | Ship sailing assistance system, and ship sailing assistance method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8705022B2 (en) * | 2004-07-13 | 2014-04-22 | Trimble Navigation Limited | Navigation system using both GPS and laser reference |
| US8554478B2 (en) * | 2007-02-23 | 2013-10-08 | Honeywell International Inc. | Correlation position determination |
| WO2009017393A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Tele Atlas B.V. | Method and device for determining a position |
| WO2010088290A1 (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-05 | Arthur Thomas D | Tight optical intergation (toi) of images with gps range measurements |
| WO2011120141A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Ambercore Software Inc. | Dynamic network adjustment for rigorous integration of passive and active imaging observations into trajectory determination |
| EP2458406A1 (en) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | Javad GNSS, Inc. | Satellite signal multipath mitigation in GNSS devices |
-
2014
- 2014-06-19 NO NO20140771A patent/NO340898B1/en unknown
-
2015
- 2015-06-16 WO PCT/NO2015/050107 patent/WO2015194966A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO340898B1 (en) | 2017-07-10 |
| WO2015194966A1 (en) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11782141B2 (en) | Method and apparatus for automatic calibration of mobile LiDAR systems | |
| US10613231B2 (en) | Portable GNSS survey system | |
| US6727849B1 (en) | Seamless surveying system | |
| US7859449B1 (en) | System and method for a terrain database and/or position validation | |
| US11307031B2 (en) | Surveying device, and calibration checking method and calibration checking program for surveying device | |
| US20150241560A1 (en) | Apparatus and method for providing traffic control service | |
| CN110100151A (en) | The system and method for global positioning system speed is used in vision inertia ranging | |
| US8868344B2 (en) | Systems and methods for combining a priori data with sensor data | |
| RU2751383C2 (en) | Automated weight determination based on the ship draft | |
| EP2597485B1 (en) | Rapid lidar image correlation for ground navigation | |
| JP2011149720A (en) | Surveying system | |
| EP3599444A1 (en) | A navigation system | |
| EP2972495B1 (en) | System and method for augmenting a gnss/ins navigation system of a low dynamic vessel using a vision system | |
| Groves et al. | Shadow matching: Improved GNSS accuracy in urban canyons | |
| JP2017154729A (en) | Aircraft landing systems and methods | |
| US20190383948A1 (en) | Method and Device for Determining a Position of a Mobile Object | |
| US20170293032A1 (en) | Up sampling reference station data | |
| JP2009025042A (en) | Marine apparatus for tracking target | |
| NO20140771A1 (en) | Method and quality control system and correction of position data from navigation satellites in areas with obstructed objects | |
| KR101406061B1 (en) | System for River Management | |
| KR101003412B1 (en) | Apparatus and method for airborne laser surveying using detection dilution critical value of precision | |
| ES2298266T3 (en) | ADAPTIVE SURFACE NOISE MODELING DURING REMOTE DISTANCE MEASURES. | |
| RU2786251C1 (en) | Ship navigation and control complex | |
| US11953613B2 (en) | Position estimation for vehicles based on virtual sensor response | |
| EP3882649B1 (en) | Position estimation for vehicles based on virtual sensor response |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: KONGSBERG MARITIME AS, NO |