PT2030038E - Sistema e método de posicionamento de um dispositivo gps - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "SISTEMA E MÉTODO DE POSICIONAMENTO DE UM DISPOSITIVO GPS"

Um objetivo da tecnologia GPS tradicional, e particularmente com um dispositivo de posicionamento GPS (5) , é determinar a localização de uma antena GPS (3) num espaço tridimensional. Parte-se aqui do principio de que a antena GPS (3) pode ter uma localização arbitrária no espaço. 0 documento US 2002/145557 utiliza uma série temporal gravada de sinais GPS 'brutos' A/D convertidos x(t) para determinar a localização (Figura 1, capitulo [0034]). As 'localizações candidatas' são utilizadas como uma ferramenta matemática para formar, por ex., uma grade de divisão [0054], que pode depois ser aperfeiçoada recursivamente "... para melhorar a precisão da localização estimada do recetor GPS" [0055]. Mais detalhadamente, é medido um sinal GPS de tempo continuo e é utilizado um conversor A/D (conversor analógico-digital) que retira amostras desse sinal (x(t), capitulo [0035]), convertendo-o assim numa série temporal de amostras xl...xK (figura 1.). Esta série temporal é depois comparada com a série temporal teórica calculada, por ex., através da utilização de equações (5), capitulo [0108] ou (6), capitulo [0112]. O documento (GB 2 382 482 A) descreve um algoritmo, em que, essencialmente, as pseudodistâncias medidas são iterativamente corrigidas (ou seja, modificadas) para projetar melhor as coordenadas da posição GPS (triangulada) calculadas tradicionalmente para um segmento de estrada. Resumindo, primeiro é calculada uma posição GPS triangulada, depois são selecionados os segmentos de 2 estrada numa distância predefinida da posição GPS calculada, e a posição é projetada na perpendicular em relação a cada segmento de estrada, e por último é calculada uma modificação das pseudodistâncias (e aplicada durante a triangulação seguinte).

Os segmentos de estrada para os quais a distância percorrida e/ou o rumo se afastam significativamente dos de outros segmentos de estrada são eliminados. A presente invenção introduz um método, que permite uma utilização melhor do que nunca do posicionamento GPS, e um dispositivo de posicionamento GPS (5) quando o objetivo é selecionar a localização de uma antena GPS (3) a partir de uma diversidade de localizações alternativas anteriormente conhecidas (8). Parte-se aqui do principio de que a antena GPS (3) pode não estar localizada numa posição arbitrária no espaço, mas apenas nas imediações de uma das localizações predeterminadas (8).

Um sistema da invenção pode ser utilizado especialmente em portos de contentores, terminais de contentores, parques de estacionamento, estaleiros de armazenamento, ou em qualquer aplicação na qual vários tipos de carga geral, por exemplo, contentores (12), paletes, automóveis ou peças misturadas de mercadorias, sejam manuseados e armazenados em localizações de armazenamento predeterminas, tais como, por exemplo, em locais de estacionamento de contentores (15), localizações de armazenamento para paletes ou locais de estacionamento.

Quando o objetivo é selecionar a localização de uma antena GPS (3) a partir de uma diversidade de alternativas 3 anteriormente conhecidas (8), o método aplicado tradicionalmente (Fig. 2A) é efetuado conforme apresentado em seguida: na etapa A, um recetor GPS (5) determina localizações (2) para satélites (1) e mede dados de distância (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3) (Fig. 1) : o número de satélites recebido pelo recetor GPS (5) é tipicamente 5... 10, geralmente o número máximo é 12 devido a limitações de hardware.

Em seguida, serão descritos os dados de distância (6) até ao ponto necessário para explicar a invenção. Conforme previamente sabido por um perito na técnica, os dados de distância (6) são apresentados em dois tipos; uma pseudodistância calculada a partir de uma medição do tempo de trânsito do sinal de rádio e uma distância Doppler acumulada calculada cumulativamente a partir de uma medição da fase da onda portadora. Além disso, os recetores GPS de alta qualidade (5) medem ambos os conjuntos de dados de distância em duas frequências diferentes (LI = 1575,42 MHz e L2 = 1227,60 MHz), os dados de distância (6) compreendendo efetivamente a cada instante de tempo quatro blocos de dados para cada satélite (1). A medição do tempo de trânsito de uma pseudodistância é efetuada segundo o seguinte principio: um satélite GPS (1) transmite uma mensagem de rádio em intervalos regulares. Ao transmitir uma mensagem, o satélite (1) verifica o instante de tempo de transmissão a partir do seu próprio relógio e anexa esta informação à mensagem. Ao receber uma mensagem de rádio, o recetor GPS (5) verifica o instante de tempo de receção a partir do seu próprio relógio. Finalmente, o recetor GPS (5) calcula uma diferença entre o instante de tempo de receção e o instante de tempo de transmissão lido 4 a partir da mensagem e é assim capaz de calcular um chamado (pseudo) tempo de trânsito evidente. Por fim, o tempo de trânsito é convertido numa (pseudo) distância utilizando a velocidade da luz como uma velocidade de viagem presumível do sinal de rádio. A medição de uma distância Doppler acumulada é efetuada segundo o seguinte principio: um recetor GPS (5) mede uma onda portadora do sinal GPS para a respetiva fase (LI ou L2) . Quando a fase aumenta em um ciclo (360 graus), o recetor sabe que a distância entre um satélite (1) e uma antena GPS (3) aumentou em um ciclo de comprimento de onda portadora (ciclo LI = 19,0 cm, ciclo L2 = 24,4 cm). O recetor GPS (5) controla uma mudança de fase cumulativa e, deste modo, sabe exatamente a mudança de distância.

Na prática, é muitas vezes efetuado um cálculo de posição utilizando uma combinação de dados de distância obtidos a partir de uma pseudodistância e uma distância Doppler. Isto deve-se ao facto de a pseudodistância ser uma medição comparativamente de muito ruido (dezenas de centímetros), enquanto o ruído de uma distância Doppler é muito ligeiro (milímetros). Contudo, o problema mais difícil com uma distância Doppler é o facto de, embora as mudanças destes dados de distância entre um instante de tempo e o seguinte sejam extremamente precisas, a medição inclui uma constante desconhecida, o valor inicial de uma distância Doppler. Por esta razão, tal como é óbvio para os peritos na técnica, é uma prática comum combinar uma pseudodistância e uma distância Doppler, de modo a que as mudanças na distância Doppler funcionem para filtrar uma medição de pseudodistância de muito ruído (aperfeiçoamento da fase da portadora). 5

Os dados de distância (6) são subsequentemente utilizados relativamente a qualquer bloco de informações de distância, que é obtido conforme descrito acima e que representa a distância entre um determinado satélite (1) e uma antena GPS (3).

Em seguida, serão igualmente descritos os fatores de erros sistemáticos relevantes para os dados de distância (6) até ao ponto necessário para explicar a invenção. Tanto a medição da pseudodistância como a medição da distância Doppler incluem um erro de magnitude igual que resulta do erro de execução do relógio de um recetor GPS (5) . Além disso, o erro é igual para cada satélite, uma vez que a questão é sobre um erro causado pelo recetor (5) . Além do mais, a atmosfera causa um erro nas medições de distância, visto que o sinal de rádio não viaja na atmosfera à velocidade exata da luz. Conforme é sabido, um erro que ocorra na troposfera tem o mesmo efeito na medição de uma pseudodistância e uma distância Doppler. Por outro lado, um erro que ocorre na ionosfera é igual, embora na direção oposta, nas medições de uma pseudodistância e uma distância Doppler. Os erros causados pela atmosfera são diferentes para satélites diferentes, em que a distância percorrida por um sinal de rádio na atmosfera é diferente.

Além disso, existe um erro incluído numa determinação (2) das informações de posição para os satélites (1). 0 satélite (1) está, na realidade, localizado numa posição (2'), que é diferente da posição medida (2). Não obstante, por fim, existe igualmente um erro de execução no relógio do satélite. Contudo, em termos de medições, este erro de relógio do satélite parece exatamente o mesmo que o erro de 6 posição do satélite, pelo que estes dois erros são habitualmente processados em conjunto.

Na Etapa B (Fig. 2A) , são utilizados dados de posição (2) para satélites (1), bem como medições de distância (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3), para calcular os dados de localização presumíveis (4) para a antena GPS (3) que, devido aos erros de medição conforme descrito acima, não coincidem necessariamente como é óbvio de forma exata com uma localização verdadeira (4') da antena GPS (3). 0 número menor de satélites (1), necessário para calcular a localização (4) da antena GPS (3), é basicamente 4 .

Para evitar que resulte um erro da execução errónea do relógio do recetor GPS (5) , o cálculo da localização (4) é efetuado geralmente por meio das chamadas distâncias de diferença. Uma medição de distância individual (6) é indicada como p±, que representa a distância medida de uma antena GPS (3) a partir de um satélite i. Conforme mencionado acima, p± é muitas vezes uma combinação da pseudodistância e a distância Doppler. 0 satélite i=r é selecionado para servir como um suposto satélite de referência, seguido do cálculo das distâncias de diferença dpi para todos os outros satélites, conforme apresentado em seguida:

(Pi Pf), para todos i ^ f*

Nas distâncias de diferença calculadas desta forma, já não existe nenhum erro de relógio do recetor (5) . Conforme previamente sabido, quando a localização (4) da antena GPS 7 (3) é determinada por meio de distâncias dpi, o efeito de um erro de relógio no recetor (5) é eliminado.

Para melhorar mais a precisão do posicionamento em termos dos dados de localização (4) da antena GPS (3), também são utilizados muitas vezes um segundo dispositivo GPS (5b) e uma segunda antena GPS (3b) ligada ao mesmo, esta sendo definida numa localização fixa e anteriormente conhecida (4b) . Neste caso, será mais fácil determinar os dados de localização (4) da antena GPS (3) utilizando igualmente medições de distâncias (6b) entre os satélites (1) e a antena GPS fixa (3b), bem como os dados de localização (4b) da antena GPS fixa (3b). Os conjuntos de informação (6b) e (4b) são transmitidos habitualmente através de equipamento de rádio (7) a partir do segundo dispositivo GPS (5b) para o dispositivo GPS (5) (Fig. 1) .

Em seguida, será descrita uma utilização conjunta dos conjuntos de informação de distância (6) e (6b) até ao ponto necessário para explicar a invenção. As distâncias de diferença calculadas por um dispositivo GPS (5) são indicadas com um símbolo dpiR (Rover) e as distâncias de diferença calculadas de uma maneira exatamente equivalente por um dispositivo GPS (5b) com um símbolo dpiB (Estação de base), em que i refere-se ao número de um determinado satélite. Uma vez que as informações (6b) são transmitidas através de equipamento de rádio (7) a um dispositivo GPS (5) , ambas as distâncias de diferença estão disponíveis para processamento pelo dispositivo GPS (5) . Tal como é perfeitamente familiar a um perito na técnica, para diminuir o efeito de erros resultantes de perturbações atmosféricas, posições erradas de satélites, bem como de erros de relógio de satélites, ao calcular os dados de 8 localização (4) de uma antena GPS (3), o dispositivo GPS (5) calcula normalmente as seguintes distâncias de diferença dupla ddp± (observações de diferença dupla): ddpi SS (dpsft — dP|B), para todos | φ f

Naturalmente, estas distâncias de diferença dupla só podem ser calculadas para os satélites que são simultaneamente visiveis por cada um dos dispositivos GPS (5) e (5b).

Uma vez que as antenas GPS (3) e (3b) estão frequentemente localizadas muito perto uma das outras (por exemplo 1...10 quilómetros), o efeito de uma grande parte dos erros induzidos pela atmosfera nos recetores (5) e (5b) é idêntico e, como tal, eliminado da diferença. Consequentemente, a localização (4) de uma antena GPS (3) é calculada utilizando as diferenças ddpi, e o efeito dos erros no cálculo é, deste modo, diminuido. Contudo, convém mencionar que a técnica descrita não elimina erros completamente, mas a localização calculada (4) da antena GPS (3) pode mesmo assim ser diferente em vários metros da localização verdadeira (4') (Fig. 3).

De acordo com a técnica tradicional, o cálculo dos dados de localização (4) é realizado num dispositivo GPS (5) , que produz os dados de localização (4) de uma antena GPS (3) para um utilizador final, por ex., na forma de uma mensagem 'GPGGA' uniformizada. Na maioria das vezes, os dados de localização (4) de uma antena GPS (3) são expressados em coordenadas geográficas angulares (Latitude, Longitude), bem como numa elevação a partir do solo (altitude). Contudo, estas coordenadas podem ser convertidas através de 9 fórmulas geralmente conhecidas para um conjunto retangular de coordenadas xyz.

Na Etapa C (Fig. 2A), de acordo com a técnica tradicional, depois de os dados de localização (4) para uma antena GPS (3) terem sido finalmente determinados, os dados de localização (4) são comparados com as localizações alternativas anteriormente conhecidas (8) da antena GPS (3) . A comparação é geralmente efetuada através do cálculo das distâncias Dj (9) entre os dados de localização (4) e cada localização alternativa opcional (8) da antena GPS (3) (Fig. 3). Estas distâncias podem ser calculadas através de uma fórmula: dj SS Síjrt( {KM4· (γΑ-γ*Γ)2 4* ) f para todos J| (3) de posição GPS (3), e para uma em que xA, yA e zA correspondem a coordenadas para a localização calculada (4) de uma antena XRj, yRj e zRj correspondem a coordenadas localização alternativa especifica j.

Isto é seguido pela escolha, entre as alternativas (8), de uma localização que seja mais próxima da localização calculada (4) de uma antena GPS (3), ou seja, uma localização correspondente ao valor mais pequeno Dj.

Uma grande desvantagem do método é que, ao converter, na etapa B, os dados de posição (2) de satélites (1), bem como as medições de distância (6), bem como possivelmente também 10 as medições de distância (6b) e uma localização conhecida (4b), em dados de localização (4) de uma antena GPS (3), muitas informações serão perdidas. As informações perdem-se, porque um recetor GPS (5) é geralmente capaz de observar tantos satélites (1) que o número permitiria ao recetor GPS (5) calcular um grande número de localizações alternativas para uma antena GPS (3), mas, por razões práticas, apenas apresenta um utilizador final com um tipo de localização média ponderada (4) para a posição de uma antena GPS (3) .

Em seguida, será descrito o cálculo de uma localização média (4) até ao ponto necessário para explicar a invenção. É óbvio para o perito na técnica que conhecer três observações de diferença dupla ddpi, bem como localizações dos satélites, permitiria calcular a localização de uma antena GPS (3) exclusivamente. Isto é efetuado normalmente através da resolução de um conjunto linearizado de equações, que inclui três equações e três incógnitas. Contudo, uma vez que o número de satélites (1) observados é, na maioria das vezes, superior a quatro, o número de observações de diferença dupla ddp{ será superior a três e o resultado será um conjunto linearizado de equações, que inclui três incógnitas e mais de três equações. Conforme previamente sabido, um conjunto de equações como este é tipicamente resolvido através de uma chamada solução de mínimos quadrados, que escolhe um valor tal para a localização (4) de uma antena GPS (3) que a soma ponderada residual dos quadrados deverá ser minimizada.

Conforme mencionado anteriormente, este cálculo da média resulta na perda de muitas informações originais. Isto pode originar frequentemente uma situação em que, ao comparar os 11 dados de localização (4) de uma antena GPS (3) e os conjuntos de dados de localizações alternativas (8), não existe forma de saber, com um grau elevado de certeza, se a localização correta será selecionada entre as alternativas determinadas anteriormente (8) , mas, em vez disso, devido ao ruido envolvido nas medições, é igualmente possivel escolher uma alternativa errada por engano.

Descrição da invenção

Para eliminar esta desvantagem, um método de acordo com a presente invenção, para selecionar uma localização correta alternativa a partir de uma diversidade de alternativas determinadas anteriormente (8), compreende a substituição de etapas, etapa B e etapa C, através da realização de etapas novas e diferentes, etapa D e etapa E (Fig. 2). Isto resulta numa omissão total da etapa intermédia B adversa.

Um método da invenção compreende a realização de uma etapa A (Fig. 2B) tal como na técnica tradicional, ou seja, um recetor GPS (5) determina localizações (2) para satélites (1) e mede dados de distância (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3) .

Em seguida, avança-se para a etapa D, que compreende a determinação de uma distância teórica SRij (10) entre os dados de localização de cada satélite (D e cada localização alternativa (8) da antena GPS (3) (Fig. 4) . Esta distância teórica pode ser calculada, por exemplo, através de uma fórmula:

Srij = sqrt( (xVxRj)2 + {ySi-yRj)2 + {zSi-zRi)2 ),

para todos ί#. para todos J {4} em que xSi, ySi e zSi correspondem a coordenadas de posição para um satélite i, e xRj, yRj e zRj correspondem a coordenadas para uma localização alternativa especifica j (8) da antena GPS (3). É digno de nota que um recetor GPS tradicional (5) não execute a etapa D, nem sequer seja capaz de executá-la como um recetor GPS tradicional (5) não informado das localizações alternativas (8) para uma antena GPS (3) . Um recetor GPS tradicional (5) determina uma localização (4) para uma antena GPS (3) desconhecendo totalmente a diversidade de localizações alternativas possíveis (8).

Finalmente, de acordo com uma forma de realização da invenção, a etapa E (Fig. 2B) compreende a comparação das distâncias teóricas (10) com as distâncias medidas (6) relativamente à consistência. Conforme descrito acima, é aconselhável calcular as distâncias de diferença dpi a partir dos dados de distância (6). Em seguida, para permitir a comparação, serão igualmente calculadas, através da utilização do mesmo satélite de referência i=r como no processo de cálculo dos valores dpi, as distâncias de diferença teóricas respetivas dSRij: 13

Em seguida, é determinada para cada localização alternativa j (8) uma soma de erros Oj (11), que expressa como as distâncias teóricas (10) de vários satélites cumprem tão bem as distâncias medidas (6) conjuntamente. Para medir a conformidade, é possível utilizar, por exemplo, a seguinte soma de erros Oj (11) (Fig. 4): 88 ^em todos de todos | (6) em que dpiR corresponde, conforme determinado anteriormente, a distâncias de diferença calculadas por um dispositivo GPS (5) e Wi corresponde a um coeficiente de ponderação, pelo que a fiabilidade da medição de um satélite i pode ser expressa conforme desejado. Finalmente, uma das localizações alternativas (8) é escolhida, e essa será a que obteve a soma de erros numericamente mais pequena (11).

Além disso, o método pode ser melhorado em termos da respetiva precisão através da utilização de um segundo dispositivo GPS (5b) suplementar e uma segunda antena GPS (3b) , ligada ao mesmo e colocada numa localização fixa e previamente conhecida (4b) . Neste caso, a invenção compreende igualmente a utilização de medições de distância (6b) entre satélites (1), bem como a antena GPS fixa (3b), bem como um conjunto de dados de localização (4b) para a antena GPS fixa (3b), calculando igualmente as distâncias teóricas (10b) entre os satélites (1) e a antena GPS fixa (3b) (Fig. 4) .

Esta distância teórica pode ser calculada para cada satélite (1), por exemplo, através de uma fórmula: 14 $ss «s SQlt( (XSj-3Ce)2 4 (ySS’y®)2 + (z8,* Z®}2 ), para todos I (7) em que xSi, ySi e zSi correspondem a coordenadas de posição para um satélite i, e xB, yB e zB referem-se a uma localização (4b) da antena (3b) do dispositivo GPS (5b).

Em seguida, são comparadas as distâncias teóricas (10) e (10b) com as distâncias medidas (6) e (6b) relativamente à consistência. Os conjuntos de dados (6b) e (4b) podem ser novamente transmitidos por meio de equipamento de rádio (7) a partir do dispositivo GPS (5b) para um novo dispositivo da invenção, que corresponde ao dispositivo GPS (5) e que deve ser munido de um cálculo conforme descrito na invenção e de uma base de dados de mapas especial, que contém informações geográficas para todas as localizações alternativas (8) . Para cada localização alternativa j de uma antena GPS (3) pode ser novamente determinada uma soma de erros respetiva Oj (11) (Fig. 4), através do cálculo das seguintes quantidades: CÍSsj = SBj- S*ff Para todos ιψι (8) ddSjj » dSR|j~ àS% para todos para todos j (9) 0¾ = Sem todos MríW^ddPj-ddSy)2], de todos j (10) em que ddpi corresponde, conforme determinado anteriormente, a distâncias de diferença dupla calculadas a partir de dados de distância (6) e (6b), e Wi corresponde a 15 um coeficiente de ponderação, que pode ser utilizado conforme desejado para expressar a fiabilidade da medição de um satélite i. Finalmente, uma das localizações alternativas j (8) é escolhida, e essa será a que obteve a soma de erros numericamente mais pequena Oj (11) .

Este novo método permite evitar a etapa B do método tradicional, um cálculo dos dados de localização (4) para uma antena GPS, que é uma etapa intermédia desnecessária e adversa que resulta na perda de muitas informações disponíveis. Nos testes práticos, foi observado que o método do estado da técnica pode resultar em até cem vezes mais erros em comparação com o método da invenção, pelo que o método da invenção fornece uma vantagem incontestável.

Em seguida, vamos concentrar-nos especificamente no funcionamento de um porto de contentores ou num terminal de contentores situado no interior.

Num porto de contentores ou terminal de contentores, os contentores (12) são movidos através de uma variedade de máquinas para manobras de contentores (13), tais como, por exemplo, um guindaste de cavalete, uma empilhadora de garfo ou um guindaste de cavalete móvel (RTG, RMG), por exemplo de um guindaste de cais, um camião de reboque ou um vagão para locais de armazenamento num estaleiro de contentores (14), que serão subsequentemente referidos como locais de contentor (15).

Geralmente, os locais de contentor são marcados no solo através de pintura ou de uma pavimentação, pelo que a localização dos mesmos é fixa no porto marítimo. Os locais de contentor (15) no estaleiro de contentores (14) são 16 habitualmente organizados de forma retangular como filas e compartimentos (Fig. 5), de modo a facilitar o mais possível o funcionamento das máquinas para manobras de contentores (13) entre os contentores.

Os locais de contentor (15) podem acomodar vários contentores (12) uns por cima dos outros em pilhas com uma altura de, no máximo, dois (especialmente um carro-pórtico) a, normalmente, seis (especialmente um guindaste de cavalete móvel) contentores. Os contentores descarregados, ou seja, vazios e, deste modo, leves (12) podem ser amontoados numa pilha com uma altura até oito contentores (especialmente uma empilhadora de garfo).

Respetivamente, as máquinas para manobras de contentores (13) vão buscar contentores (12) aos locais de contentor (15) do estaleiro de contentores (14) e transportam-nos até um guindaste de cais, um camião de reboque ou um vagão, quando um determinado contentor (12) é necessário novamente. Cada contentor (12) inclui um código de identificação específico (19) para distinguir o contentor em questão de todos os outros contentores.

Tal como é perfeitamente óbvio para um perito até mesmo do estado da técnica, uma localização (16) no solo para o centro de cada um dos locais de contentor (15) pode ser expressada como coordenadas xyz, por exemplo em metros (ou meramente como coordenadas xy, se os dados de elevação não forem necessários), num conjunto de coordenadas selecionado arbitrariamente na área de um porto marítimo. Por uma questão de clareza, convém presumir subsequentemente que a coordenada z aponta na direção ascendente, ortogonalmente em relação ao nível do solo local. A coordenada de elevação 17 (z) para uma localização (16) do local de contentor (15) é exigida sempre que for necessário saber a variação resultante das ondulações do nível do solo numa área do porto marítimo. Em seguida, convém utilizar as seguintes indicações: (16xy) = dados de localização horizontal para um local de contentor sem uma coordenada z, bem como (16) = dados de localização tridimensional completa para um local de contentor.

Os dados de localização geográfica (16) correspondentes a todos os locais de contentor alternativos (15) podem ser armazenados numa base de dados de mapas específica (17) (Fig. 5) . Quando a máquina para manobras de contentores (13) leva um contentor (12) até um determinado local de contentor (15), a localização deste contentor deverá ser armazenada na memória do sistema de informação (18) do porto marítimo ou terminal (TOS = Terminal Operating System - Sistema Operativo do Terminal), de modo a que o contentor específico possa ser rapidamente localizado e levantando outra vez mais tarde. Conforme é sabido a partir do estado da técnica, isto pode ser implementado, por exemplo, através do armazenamento no sistema de informação do terminal do porto marítimo (18), juntamente com um identificador de contentor (19), dos dados de localização (16) correspondentes ao local de contentor específico (15) no qual o contentor (12) é deixado (Fig. 6). Na prática, o que é armazenado no sistema de informação (18), muitas vezes, não são dados numéricos de localização geográfica (16), mas sim um nome específico para o local do contentor (15), que apesar disso, por exemplo através de uma tabela, 18 pode ser determinado diretamente a partir dos dados de localização do local de contentor (16).

Um objetivo da invenção é um método, que é melhor do que os métodos previamente conhecidos em termos de determinação de um local de contentor (15a) especifico para o estacionamento ou levantamento de um contentor (12). A capacidade de localizar com segurança um local de contentor é importante para o sistema de informação do terminal (18) não receber informações falsas, que, na pior das hipóteses, poderia resultar numa colocação errada de um contentor (12) e numa perda de tempo na procura do mesmo. Especialmente no processo de carregamento de um navio, a operação no porto marítimo tem de ser realizada de um modo eficaz e perfeito. É sabido previamente que, para determinar um local de contentor (15a) específico para a colocação ou levantamento de um contentor (12), a máquina para manobras de contentores (13) pode ser equipada com um posicionamento de satélite especial ou antena GPS (3), bem como com um dispositivo recetor GPS (5) para medir uma localização da máquina para manobras de contentores (13) (Fig. 7). Um dos objetivos gerais é que uma antena GPS (3) seja posicionada exatamente por cima do centro de uma estrutura de suspensão (spreader) , em que as coordenadas xy da localização da antena GPS (3) coincidam com as coordenadas xy horizontais do centro do contentor transportado (12). Em seguida, convém utilizar as seguintes indicações: (4xy) = dados de localização horizontal para uma antena GPS sem uma coordenada z, bem como 19 (4) = dados de localização tridimensional completa para uma antena GPS.

Conforme é sabido a partir do estado da técnica, no momento em que os chamados mecanismos de fixação (twist-locks) do contentor incluídos na estrutura de suspensão de uma máquina para manobras de contentores (13) são soltos, é possível presumir que um contentor (12) está a ser deixado num dos locais de contentor predeterminados (15). Ao ler ao mesmo tempo os dados de localização (4) de uma antena GPS (3), calculados por um recetor GPS (5), é possível presumir que as coordenadas horizontais (4xy) dos dados de localização (4) coincidem de forma muito precisa com a posição horizontal de um contentor estacionado (12) no estaleiro de contentores.

Respetivamente, no momento em que os chamados mecanismos de fixação do contentor incluídos na estrutura de suspensão de uma máquina para manobras de contentores (13) são fechados, é possível presumir que um contentor (12) está a ser levantando de uma área de contentor predeterminada (15). Ao ler ao mesmo tempo os dados de localização (4) de uma antena GPS (3), calculados por um recetor GPS (5), é possível presumir que as coordenadas horizontais (4xy) dos dados de localização (4) coincidem de forma muito precisa com a posição horizontal de um contentor levantado (12) no estaleiro de contentores.

Em seguida, de acordo com um método tradicional, é efetuada a comparação da localização horizontal medida (4xy) da antena GPS com as localizações horizontais (16xy) de todos os locais de contentor possíveis (15) da base de dados de mapas (17), e esta comparação é utilizada como uma base 20 para selecionar o local de contentor (15) cujas coordenadas (16xy) estão mais perto da localização (4xy) medida pelo dispositivo GPS (5).

No caso de, por algum motivo, não ser possivel posicionar uma antena GPS (3) diretamente por cima do centro de uma estrutura de suspensão, contudo, é possivel, conforme previamente sabido, calcular indiretamente uma localização estimada para o centro de um contentor (12) no momento de levantar ou pousar, desde que a orientação (especialmente a direção) de uma máquina para manobras de contentores (13) seja conhecida no momento do levantamento. É um problema sério e reconhecido que os sinais medidos por um recetor GPS (5) contêm elementos de perturbação e ruido e, por conseguinte, os dados de localização (4) de uma antena GPS (3) calculados por um recetor GPS (5) não obedecem necessariamente a uma localização verdadeira (4') da antena GPS (3) . Por este motivo é possivel, e infelizmente comum, que o local de contentor escolhido (15) não seja, afinal, um local de contentor correto (15a), mas um local de contentor incorreto e frequentemente próximo (15b). Por consequência, o sistema de informação (18) será informado sobre um local de contentor errado (15b). A invenção proposta presentemente melhora substancialmente a fiabilidade na identificação de um local de contentor correto (15a) e, desse modo, elimina um problema sério existente no estado da técnica.

Em seguida, será descrita uma diferença entre um método tradicional e a presente invenção, especialmente numa aplicação de porto de contentores. 21 0 posicionamento GPS tradicional para a identificação de um local de contentor correto (15) é efetuado de acordo com o seguinte principio: na etapa A, conforme explicado anteriormente, um recetor GPS (5) determina localizações (2) de satélites (1), e mede igualmente dados de distância (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3).

Na etapa B, os dados de localização (2) de satélites (1), bem como as medições de distância (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3), são utilizados para calcular os dados de localização (4) para a antena GPS (3). Para melhorar a precisão de determinação dos dados de localização (4) da antena GPS (3), conforme é sabido no estado da técnica, é aconselhável utilizar igualmente um segundo dispositivo GPS (5b) e uma segunda antena GPS (3b), esta sendo colocada numa localização fixa previamente conhecida (4b), conforme descrito anteriormente.

Depois de determinados os dados de localização (4) para uma antena GPS (3), os mesmos serão comparados na etapa C com os dados de localização (16) dos locais de contentor (15) num estaleiro de contentores (14). Normalmente, isto é efetuado comparando apenas conjuntos de dados de localização horizontal (4xy) e (16xy) uns com os outros. Em seguida, é selecionado um dos locais de contentor especifico (15), cujos dados de localização (16xy) são próximos da referida localização (4xy) da antena GPS (3). Por isso, a decisão é tomada com base na distância entre os dados de localização (16xy) de um local de contentor (15) e os dados de localização (4xy) de uma antena GPS (3) .

Uma grande desvantagem do método é que, quando na etapa B, os dados de localização (2) de satélites (1), bem como as 22 medições de distância (6), bem como possivelmente também as medições de distância (6b) e uma localização conhecida (4b), são convertidos nos dados de localização (4) de uma antena GPS (3), muitas informações serão perdidas. Muitas vezes, a consequência pode ser tal que, no processo de comparação dos dados de localização (4) de uma antena GPS (3) e dos dados de localização (16) de locais de contentor (15), não existe nenhuma forma de saber com um elevado grau de certeza se é selecionado um local de contentor correto (15a) ou se é selecionado um local de contentor errado (15b) por engano, por causa do ruido envolvido nas medições.

Para eliminar esta desvantagem, é proposta uma forma de realização da invenção, em que, para identificar um local de contentor correto (15), a etapa A seja seguida pela realização da etapa D, que compreende a determinação de uma distância a teórica (10) entre os dados de localização (2) de cada satélite (1) e uma localização (16*) da antena GPS (3) correspondente aos dados de localização (16) de cada local de contentor alternativo (15) (Fig. 7) . Um objetivo aqui é fornecer uma instalação, em que uma antena GPS (3) montada numa máquina para manobras de contentores (13) se mantém a uma altura padrão (H) em relação ao solo, de modo a que os dados de localização (16*) de uma antena GPS (3) correspondentes aos dados de localização (16) (x, y, z) de uma área de contentor (15) sejam (x, y, z+H).

Em seguida, na etapa E, é efetuada a comparação das distâncias teóricas (10) com as distâncias medidas (6) relativamente à consistência, conforme descrito anteriormente. Finalmente, um local de contentor escolhido (15) será o que obteve a soma de erros mais pequena (11). 23

Para melhorar o método em termos da respetiva precisão, é igualmente aconselhável utilizar outro segundo dispositivo GPS (5b) , bem como uma antena GPS fixa (3b) , conforme descrito acima.

Este método permite evitar a etapa B do método tradicional, um cálculo dos dados de localização (4) para uma antena GPS, que é uma etapa intermédia desnecessária e adversa que resulta na perda de muitas informações disponiveis. Nos testes práticos de medição dos sistemas relativamente ao desempenho, foi descoberto que, ao utilizar o método previamente conhecido de padrão de qualidade inferior, no qual uma área de contentor é selecionada com base na localização calculada (4) de uma antena GPS (3), em vez de utilizar a presente invenção e a soma de erros descrita acima (11), o número de erros efetuados através do método do estado da técnica excede o da presente invenção em até 100 vezes.

Lista de figuras A Fig. 1 ilustra um sistema de medição GPS tipico, em que um dispositivo GPS tradicional (5) procura determinar a localização (4) de uma antena GPS (3) medindo distâncias (6) entre satélites (1) e a antena GPS (3). Para uma melhor precisão, é muitas vezes também utilizado um segundo recetor GPS (5b), com a respetiva antena GPS (3b) colocada numa localização fixa conhecida (4b). 0 recetor GPS (5b) é igualmente utilizado para medir distâncias (6b) entre satélites (1) e a antena GPS (3b) . O recetor GPS (5b) transmite os conjuntos de informação (6b) e (4b) ao recetor (5) normalmente utilizando equipamento de rádio (7) . Os 24 dispositivos GPS também são capazes de determinar as localizações (2) dos satélites (1). A Fig. 2 ilustra a diferença entre um método tradicional (Fig. 2A) e um método da invenção (Fig. 2B) . Ambos os métodos determinam na etapa A localizações (2) para satélites (1) , bem como distâncias medidas (6) entre os satélites (1) e uma antena GPS (3). Para melhorar a precisão, ambos os métodos podem igualmente determinar distâncias medidas (6b) entre os satélites (1) e uma antena GPS fixa (3b), em que a utilização dessa informação necessita que uma localização fixa (4b) da antena GPS (3b) também seja conhecida.

Na Fig. 2A, etapa B, o método tradicional calcula a localização (4) da antena GPS (3) . Nesta etapa B, muitas informações são perdidas, e é por isso que o método do estado da técnica tem muitas vezes um desempenho insuficiente. Consequentemente, na etapa C, o método tradicional seleciona uma localização da antena GPS (3) a partir de uma diversidade de alternativas anteriormente conhecidas (8).

Na Fig. 2B, etapa D, o novo método da invenção calcula distâncias teóricas (10) correspondentes a cada localização alternativa (8) da antena GPS (3) e, para uma melhor precisão, possivelmente também (10b) até aos satélites (1). Consequentemente, na etapa E, o novo método da invenção seleciona, comparando as distâncias teóricas (10) e possivelmente também (10b) com as distâncias medidas (6) e possivelmente também com (6b), uma localização da antena GPS (3) a partir de uma diversidade de alternativas anteriormente conhecidas (8). 25

A Fig. 3 ilustra o princípio de funcionamento de um método tradicional para selecionar a localização de uma antena GPS (3) a partir de uma diversidade de alternativas anteriormente conhecidas (8) (etapa C). 0 método tradicional compreende o cálculo de uma distância Dj (9) entre uma localização calculada (xA, y21, zA) (4) da antena GPS (3) e cada localização alternativa (xRj, yRj, zRj) (8) . Finalmente, é selecionada uma localização (8), a distância Dj (9) correspondente à mais curta. A localização calculada (4) da antena GPS (3) não coincide necessariamente com uma localização verdadeira (4') da antena GPS (3), e é por isso que o método tradicional pode muitas vezes selecionar uma localização incorreta (8). A Fig. 4 ilustra o princípio de funcionamento de um novo método da invenção para selecionar a localização de uma antena GPS (3) a partir de uma diversidade de alternativas anteriormente conhecidas (8) . Na etapa D, o novo método calcula distâncias teóricas SRjj (10) entre as localizações (xSi, ySi, zSi) (2) dos satélites (1) e cada localização alternativa (XRj, yRj, zRj) (8) da antena GPS (3). Para uma melhor precisão, é igualmente possível calcular distâncias SBi (10b) entre as localizações (2) dos satélites (1) e uma localização (XB, yB, zB) (4b) da antena GPS montada de forma fixa (3b) . A etapa E compreende o cálculo de uma soma de erros Oj (11) para cada localização alternativa (8) da antena GPS (3), que expressa como as distâncias teóricas (11) e possivelmente (11b) correspondem tão bem às distâncias medidas (6) e possivelmente (6b) . Finalmente, é selecionada uma localização (8), a soma de erros Oj (11) correspondente à mais pequena. 26 A Fig. 5 ilustra um estaleiro de contentores (14) numa disposição tipica, com locais de contentor (15) organizados em filas e compartimentos. 0 centro de cada local de contentor (15) tem as respetivas coordenadas (16) na superfície terrestre armazenadas numa base de dados de mapas (17). A Fig. 6 ilustra um sistema operativo do terminal (TOS) (18) numa configuração simplificada. 0 sistema tem aí armazenados identificadores (19) para contentores (12) presentemente no terminal, bem como dados de localização em tempo real (16) para os contentores ou um nome específico que pode ser obtido a partir dos dados (16) ou (15). A Fig. 7 ilustra o funcionamento do posicionamento GPS no processo de levantamento de um contentor (12) ou no ato de pousar o mesmo. Quando o contentor (12) é levantado ou pousado através de uma máquina para manobras de contentores (13), é medida a localização (4) de uma antena GPS (3) segundo a técnica tradicional. Parte-se do princípio de que a referida localização (4) tem as respetivas coordenadas xy (4xy) correspondentes às coordenadas xy (16xy) do centro de um local de contentor correspondente (15a). Contudo, se ocorrer um grande erro no cálculo GPS, ao determinar a localização (4) da antena (3), existe o risco de selecionar um local de contentor errado (15b) por engano.

Um sistema de acordo com a presente invenção presume igualmente que, no processo de levantamento de um contentor ou no ato de pousar o mesmo, a antena GPS (3) é posicionada de forma muito precisa por cima do centro de um local de contentor (15a). Neste caso, o novo sistema calcula uma localização teórica (16*) da antena GPS (3) consistente com 27 um centro (16) do local de contentor (15) presumindo que a antena GPS (3) se encontra a uma altura H em relação ao nível do solo.

Lisboa,

Claims (9)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema para posicionamento de uma antena GPS (3), compreendendo - a antena GPS (3) , e - um dispositivo GPS (5) ao qual a antena GPS (3) é ligada, o dispositivo GPS (5) compreendendo meios adaptados para determinar os dados de posição (2) do satélite GPS (1) e para medir as distâncias (6) entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3), caracterizado por o dispositivo GPS (5) compreender ainda meios adaptados para registar uma diversidade de localizações alternativas anteriormente conhecidas (8), e meios adaptados para selecionar uma localização correta da antena GPS (3) a partir da diversidade de localizações alternativas anteriormente conhecidas (8), e por, para efetuar a referida seleção, o dispositivo GPS (5) compreender ainda meios adaptados para determinar distâncias teóricas (10) entre os satélites GPS (1) e as localizações alternativas (8) com base nos dados de posição (2) dos satélites GPS (1), bem como dados de posição das localizações alternativas (8), e meios adaptados para comparar as distâncias teóricas calculadas (10) com distâncias (6) medidas pelo dispositivo GPS (5) entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3). 2

2. Um sistema de acordo com a reivindicação 1, que, para uma melhor fiabilidade, utiliza uma segunda antena GPS montada de forma fixa (3b) que é colocada numa localização fixa previamente conhecida e um segundo dispositivo GPS (5b) que transmite medições de distância (6b) entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b) e os dados de localização (4b) para a segunda antena GPS (3b) ao dispositivo GPS (5) , caracterizado por, para selecionar a localização correta da antena GPS (3), o dispositivo GPS (5) compreender ainda meios adaptados para calcular distâncias teóricas (10b) entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b) com base nos dados de posição (2) dos satélites GPS (1), bem como os dados de localização (4b) da segunda antena GPS (3b), meios adaptados para comparar as distâncias teóricas (10 e 10b) com as distâncias medidas (6 e 6b) relativamente à consistência, e meios adaptados para construir dados de dupla diferença para distâncias teóricas e para distâncias medidas.

3. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, para selecionar a localização correta da antena GPS (3), o dispositivo GPS (5) compara as distâncias teóricas calculadas (10 e 10b) com as distâncias medidas pelo dispositivo GPS entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3) e entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b) .

4. Um sistema de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por a antena GPS (3) ser montada num veiculo que transporta contentores ou outra carga geral. 3

5. Um método através do qual é selecionada uma localização correta de uma antena GPS (3) ligada a um dispositivo GPS (5) a partir de uma diversidade de localizações alternativas anteriormente conhecidas (8), compreendendo a determinação de dados de posição (2) para satélites GPS (1) e medindo distâncias (6) entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3) , caracterizado por a diversidade de localizações alternativas anteriormente conhecidas (8) serem registadas em meios de registo fornecidos no dispositivo GPS (5) e, para selecionar a localização correta da antena (3), as distâncias teóricas (10) entre os satélites GPS (1) e as localizações alternativas registadas (8) serem determinadas com base nos dados de posição (2) dos satélites GPS (1), bem como dados de posição das localizações alternativas registadas (8), e as distâncias teóricas calculadas (10) serem comparadas com as distâncias (6) medidas pelo dispositivo GPS (5) entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3).

6. Um método de acordo com a reivindicação 5, compreendendo, para uma melhor fiabilidade, a utilização de igualmente uma segunda antena GPS montada de forma fixa (3b) que é colocada numa localização fixa previamente conhecida e um segundo dispositivo GPS (5b) que transmite medições de distância (6b) entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b) e os dados de localização (4b) para a segunda antena GPS (3b) ao dispositivo GPS (5) , caracterizado por, para selecionar a localização correta da antena GPS (3) , o método compreender ainda as etapas de cálculo das distâncias teóricas (10b) entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b) com base nos dados de posição (2) dos satélites GPS (1), bem como os dados de localização (4b) da segunda antena GPS (3b), comparando as 4 distâncias teóricas (10 e 10b) com as distâncias medidas (6 e 6b) relativamente à consistência, e construindo dados de dupla diferença para distâncias teóricas e para distâncias medidas.

7. Um método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por, para selecionar a localização correta da antena GPS (3), as distâncias teóricas calculadas (10 e 10b) serem comparadas com as distâncias medidas pelo dispositivo GPS entre os satélites GPS (1) e a antena GPS (3) e entre os satélites GPS (1) e a segunda antena GPS (3b).

8. Um método de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações 5 a 9, caracterizado por 0 método ser utilizado para uma identificação correta dos locais de armazenamento para contentores ou outra carga geral.

9. Um método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o método ser realizado através da montagem da antena GPS (3) num veiculo que transporta contentores ou outra carga geral. Lisboa,