RO126294A2 - Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads - Google Patents
Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads Download PDFInfo
- Publication number
- RO126294A2 RO126294A2 ROA200900577A RO200900577A RO126294A2 RO 126294 A2 RO126294 A2 RO 126294A2 RO A200900577 A ROA200900577 A RO A200900577A RO 200900577 A RO200900577 A RO 200900577A RO 126294 A2 RO126294 A2 RO 126294A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- target
- angles
- video camera
- vehicle
- values
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
SISTEM MOBIL ȘI PROCEDEU DE CARTARE A UNOR OBIECTIVE SITUATE LA DISTANȚE MARI DE ARTERELE RUTIEREMOBILE SYSTEM AND METHOD FOR MAPPING OBJECTIVES LOCATED DISTANT FROM ROAD ARTERIES
Prezenta invenție se referă la un sistem mobil și la un procedeu de cartare a unor obiective sau a unor componente ale acestora, în condițiile în care acestea se află la distanțe mari de arterele rutiere, (clădiri, jalonări de terenuri) sau sunt inaccesibile în mod direct, (diguri, poduri, halde de steril), de pe un vehicul laborator aflat in deplasare continuă.The present invention relates to a mobile system and to a method of mapping objectives or components thereof, provided that they are at great distances from road arteries (buildings, landmarks) or are inaccessible. directly (dams, bridges, tailings dumps), from a continuously moving laboratory vehicle.
Inventarierea obiectivelor dispuse de alungul drumurilor, precum și a celor suspendate de alungul autostrăzilor naționale constituie o problemă importantă pentru managementul infrastructurilor de către administratorii lucrărilor publice. Odată cu creșterea cererilor de a regla densitățile de trafic mereu crescute simultan cu reducerea bugetelor alocate în acest scop, metodele tradiționale de inventariere a autostrăzilor devin tot mai ineficiente.The inventory of the objectives set along the roads, as well as those suspended along the national highways is an important issue for infrastructure management by public works administrators. With the increasing demands to regulate the ever-increasing traffic densities simultaneously with the reduction of the budgets allocated for this purpose, the traditional methods of highway inventory are becoming more and more inefficient.
Diferitele facilități dispuse pe autostrăzi, dintre care se menționează în primul rând semnele de circulație, pot să fie supuse unor reglementări sau specificații referitoare la dimensiunea, poziționarea sau vizibilitatea lor. în consecință, verificarea faptului că un singur semn de circulație este dispus in mod corespunzător poate să necesite măsurători manuale ale poziției semnului respectiv în raport cu un marcaj al kilometrajului de referință și cu obiectul indicat de semn. Distanța față de marginea autostrăzii și înălțimea semnului deasupra pavimentului pot fi deasemenea importante. Măsurarea acestor parametrii este consumatoare de timp și necesită multă manoperă. în plus, poate să fie necesar să se verifice în mod periodic faptul că semnul nu a fost deteriorat până la starea la care vizibilitatea sa este compromisă, că a fost vandalizat sau că a fost avariat din diferite motive. Din punctul de vedere al protecției față de posibile viitoare litigii, o înregistrare imagistică de referință poate să fie de ajutor.The various facilities on motorways, of which traffic signs are mentioned in the first place, may be subject to regulations or specifications concerning their size, positioning or visibility. Consequently, the verification that a single road sign is properly arranged may require manual measurements of the position of that sign in relation to a marking of the reference mileage and the object indicated by the sign. The distance from the edge of the highway and the height of the sign above the pavement can also be important. Measuring these parameters is time consuming and requires a lot of labor. In addition, it may be necessary to periodically check that the sign has not been damaged to the extent that its visibility is compromised, that it has been vandalized or that it has been damaged for various reasons. From the point of view of protection against possible future litigation, a reference imaging recording can be helpful.
Efortul implicat de aceste activități este deosebit, atât în ceea ce privește manopera, cât și aportul financiar, necesitând nu numai timpul necesar pentru efectuarea acestor măsurători, ci și timpul necesar pentru deplasarea la și între site-urile prospectate. La aceasta se adaugă și riscul pentru siguranța operatorilor în condițiile în care aceștia lucrează și parchează vehiculele pe marginea unor autostrăzi aglomerate. în final, datele achiziționate prin această investigare intensivă (a unui singur semn) necesită să fie introduse într-un același tip de sistem de management al bazei de date.The effort involved in these activities is special, both in terms of labor and financial contribution, requiring not only the time required to perform these measurements, but also the time required to travel to and between the surveyed sites. Added to this is the risk to the safety of operators as they work and park their vehicles on congested motorways. Finally, the data acquired through this intensive (single sign) investigation needs to be entered into the same type of database management system.
-Tec ί>·ο Ț-Tec ί> · ο Ț
.. 24 -W-2009 ι\-2 0 0 9 - 0 0 5 7 7 - 2 h -07’ 2009.. 24 -W-2009 and \ -2 0 0 9 - 0 0 5 7 7 - 2 h -07 '2009
Devine tot mai evident faptul că, pentru a răspunde în mod adecvat necesităților de măsurători și de inventariere, este necesară o soluție radical nouă; o soluție care să nu mai necesite măsurători manuale în teren și care să fie în cea mai mare parte automată.It is becoming increasingly clear that a radically new solution is needed to adequately meet measurement and inventory needs; a solution that no longer requires manual field measurements and is largely automatic.
în raport cu măsurătorile manuale, această tehnologie automatizată prezintă numeroase avantaje dintre care se menționează:Compared to manual measurements, this automated technology has many advantages, including:
1. Inventarierea și realizarea măsurătorilor se pot efectua rapid, cu o întârziere redusă între momentul indentificării unei caracteristici și cel al încorporării acesteia într-o bază de date. Pentru măsurătorile manuale, durata de timp necesară pentru această operație este de regulă mai mare și poate să implice un efort semnificativ și întreruperi datorate controlului și problemelor de trafic. în plus, în cazul sistemului automat vor fi mai puține întârzieri datorate condițiilor adverse de vreme;1. Inventory and measurements can be performed quickly, with a short delay between the time a feature is identified and the time it is incorporated into a database. For manual measurements, the time required for this operation is usually longer and may involve significant effort and interruptions due to control and traffic problems. in addition, in the case of the automatic system there will be fewer delays due to adverse weather conditions;
2. Datorită vitezei cu care se efectuează măsurătorile, acestea devin mai ieftine, chiar dacă se au în vedere costurile de capital necesare pentru achiziționarea echipamentului;2. Due to the speed with which measurements are made, they become cheaper, even if the capital costs required to purchase the equipment are taken into account;
3. Datele colectate sunt mai obiective, mai precise și raportate în mod uniform. Măsurătorile manuale sunt realizate în mod tipic de diferite echipe de operatori cu diferite grade de obiectivitate în măsurători și în raportări. în funcție de competența echipei, de condițiile de vreme și de gradul de oboseală al echipei, în măsurătorile manuale pot să apară mai multe erori;3. The data collected are more objective, more accurate and uniformly reported. Manual measurements are typically performed by different teams of operators with different degrees of objectivity in measurements and reporting. depending on the competence of the team, the weather conditions and the degree of fatigue of the team, several errors may occur in the manual measurements;
4. Prin folosirea acestor tehnologii automatizate poate fi stabilită o înregistrare permanentă. Măsurătorile pot fi repetate în orice moment, prin re-analizarea înregistrării video fără a fi necesară o întoarcere în teren.4. By using these automated technologies a permanent record can be established. The measurements can be repeated at any time, by re-analyzing the video recording without the need for a return to the field.
Sistemele Mobile de Cartare (MMS - Mobile Mapping Systems) realizează prospectarea dinamică a rețelelor de drumuri și a obiectelor adiacente lor în scopul creării unor harți digitale care includ atât geometria drumurilor, cât și caracteristicile acestora. Ca urmare, sistemele MMS integrează cele mai multe dintre tehnicile de prospectare curente, respectiv receptori GPS, senzori inerțiali, imagerie digitală, telemetrare laser, astfel că un sistem mobil de cartare implică un vehicul laborator care este echipat cu:Mobile Mapping Systems (MMS) perform dynamic prospecting of road networks and their adjacent objects in order to create digital maps that include both the geometry of the roads and their characteristics. As a result, MMS systems integrate most of the current prospecting techniques, namely GPS receivers, inertial sensors, digital imaging, laser telemetry, so that a mobile mapping system involves a laboratory vehicle that is equipped with:
- Un sistem de poziționare, adică un GPS de înaltă precizie (GPS diferențial pe faza purtătoarei), asociat cu un sistem inerțial de navigație (INS) de tip strapdown care asigură precizia măsurătorilor chiar și atunci când nu este posibilă recepția semnalelor satelitare. Pentru a măsura distanța acoperită poate fi adăugat un odometru (senzor de roată);- A positioning system, ie a high-precision GPS (carrier phase differential GPS), associated with a strapdown inertial navigation system (INS) that ensures the accuracy of measurements even when it is not possible to receive satellite signals. An odometer (wheel sensor) can be added to measure the distance covered;
- Un modul de achiziție a imageriei, compus dintr-una sau mai multe camere video pentru a înregistra elementele ambientale ale drumului. Modulul de imagerie este sincronizat cu timpul GPS pentru a obține poziția și atitudinea pentru fiecare imagine;- An imaging acquisition module, consisting of one or more video cameras to record the environmental elements of the road. The imaging module is synchronized with the GPS time to obtain the position and attitude for each image;
(λ- 2 0 0 9 - 0 0 5 7 7 -2 h -Q?'(λ- 2 0 0 9 - 0 0 5 7 7 -2 h -Q? '
- Un modul de procesare a datelor care combină datele de poziționare și imaginile cu scopul de a defini o poziție precisă și fiabilă pentru obiectele dorite. Legat de aceasta este de menționat faptul că standardul Internațional ISO - GDF - Geographic Data File precizează modul în care trebuie să fie descrise drumurile pentru a fi interpretate corect de către sistemele de navigație.- A data processing module that combines positioning data and images in order to define an accurate and reliable position for the desired objects. In this regard, it should be noted that the International Standard ISO - GDF - Geographic Data File specifies how roads must be described in order to be correctly interpreted by navigation systems.
Astfel, compania “Lambda Tech Internațional” din Fort Wayne (USA) a realizat un echipament mobil de cartare denumit “GPSVisiorP'1 ” care este prevăzut cu un modul de poziționare constituit din receptoare GPS cu dublă frecvență, dintr-un Sistem de Navigație Inerțială (INS) și dintr-un Dispozitiv de Măsurare a Distanței lineare străbătute (DMI), în combinație cu patru camere video digitale de înaltă rezoluție. Fiind montat pe o autodubă sau pe un vehicul pentru șine înalte, sistemul GPSVisiorP'1 se poate deplasa cu vitezele autorizate pe drumuri și pe căi ferate, simultan cu colectarea de imagini digitale ale infrastructurilor din ambientul transporturilor.Thus, the company "Lambda Tech International" in Fort Wayne (USA) has developed a mobile mapping equipment called "GPSVisiorP ' 1 " which is equipped with a positioning module consisting of dual frequency GPS receivers, an Inertial Navigation System (INS) and from a Linear Distance Measuring Device (DMI), in combination with four high-resolution digital video cameras. Being mounted on a van or a high-rail vehicle, the GPSVisiorP ' 1 system can travel at authorized speeds on roads and railways, simultaneously with the collection of digital images of infrastructures in the transport environment.
Camerele video digitale sunt montate deasupra vehiculului și pot fi orientate spre înainte, spre lateral sau spre înnapoi în funcție de cerințele aplicației, astfel că întrucât camerele video vizualizează, la un moment dat, aceiași zonă de teren din poziții diferite, prin utilizarea unor algoritmi de triangulație pot fi calculate locațiile în raport cu vehiculul laborator ale țintelor vizate.Digital video cameras are mounted above the vehicle and can be oriented forward, sideways or backward depending on the requirements of the application, so that video cameras view, at a given time, the same terrain area from different positions, using algorithms triangulation locations can be calculated in relation to the laboratory vehicle of the targeted targets.
Ca urmare, în condițiile în care sistemul integrat GPS/INS furnizează poziția și direcția sistemului GPSVision™, iar perechile de camere sincronizate preiau imagini stereo care sunt marcate, fiecare, cu poziția și cu atitudinea unghiulară din care au fost achiziționate, oricare obiect vizibil în ambele imagini ale unei perechi stereo, poate fi măsurat și localizat cu precizie, într-un sistem global de coordonate. Imaginile sunt preluate la intervale de 16 metri pentru autostrăzi și căi ferate, în timp ce distanțele de achiziție cuprinse între 10 și 12 metri, definite de utilizator, pot fi utilizate pentru străzi din zone rezidențiale sau urbane.As a result, given that the integrated GPS / INS system provides the position and direction of the GPSVision ™ system, and the pairs of synchronized cameras take stereo images that are each marked with the position and angular attitude from which they were acquired, any visible object in both images of a stereo pair can be accurately measured and located in a global coordinate system. Images are taken at 16-meter intervals for highways and railways, while user-defined purchase distances of 10 to 12 meters can be used for streets in residential or urban areas.
Imaginile digitale stereo, datele GPS și datele inerțiale sunt colectate și înscrise în registrul de date GPSVision, în condițiile în care, după procesarea datelor GPS și corectarea diferențială a acestora, datele de poziționare ale obiectivelor vizate se înscriu în limitele unei arii circulare cu diametrul de un metru sau mai puțin în raport cu locația lor reală.Stereo digital images, GPS data and inertial data are collected and entered in the GPSVision data register, provided that, after processing the GPS data and their differential correction, the positioning data of the target objectives are entered within a circular area with a diameter of one meter or less in relation to their actual location.
Un exemplu similar de sistem mobil de cartare și de colectare a datelor, care poate carta căi ferate, artere rutiere și infrastructuri de transport (spre exemplu, drumuri, semne de circulație și poduri) în timp ce se deplasează cu vitezele normale de trafic este reprezentat de sistemul “GPSVan™” realizat de Centrul de Cartare de la Universitatea de Stat din Ohio șiA similar example of a mobile mapping and data collection system, which can map railways, roads and transport infrastructure (eg roads, traffic signs and bridges) while traveling at normal traffic speeds is represented. by the “GPSVan” system developed by the Ohio State University Mapping Center and
I -07- 2009 care este constituit și acesta din două componente principale: un modul de poziționare și un modul de imagerie.I -07- 2009 which also consists of two main components: a positioning module and an imaging module.
Modulul de poziționare al echipamentului GPSVan™ integrează un Sistem de Poziționare Globală - GPS în regim diferențial de funcționare cu un sistem independent Dead-Reckoning System (DRS) care înregistrează poziția vehiculului în perioadele de pierdere temporară a datelor GPS (perioade de blocaj a semnalului satelitar de către copaci sau de alte elemente de obstrucționare). Atribute suplimentare, așa cum sunt semnele de circulație, podurile, etc., pot fi înregistrate de către un operator al sistemului, prin utilizarea unei tastaturi de calculator sau a ecranului sensibil la atingere al computerului portabil al sistemului.The GPSVan ™ equipment positioning module integrates a Global Positioning System - GPS in differential mode with an independent Dead-Reckoning System (DRS) that records the position of the vehicle during periods of temporary loss of GPS data (periods of satellite signal blocking by trees or other obstructive elements). Additional attributes, such as traffic signs, bridges, etc., can be registered by a system operator, using a computer keyboard or the touch screen of the system laptop.
Modulul de imagerie al echipamentului GPSVan™ include un sistem stereometric de două camere video care înregistrează imagini stereo ale arterelor rutiere în cursul deplasării pe acestea a vehiculului laborator. Sistemul stereo este completat cu un sistem prevăzut cu o cameră analogică care funcționează într-un mod video continuu prin care achiziționează o loggare fotografică a prospectării. Fiecare cadru video este marcat în timp cu semnalul GPS, iar coordonatele geodezice (respectiv, latitudine, longitudine și înălțime elipsoidală) sunt atribuite fiecărei imagini. Perechile digitale stereo sunt procesate într-un mod post-misiune pentru a determina coordonatele geodezice ale unor obiective, așa cum sunt marginile și liniile de centru ale drumurilor, curbele, semnele de circulație, bornele de kilometraj, etc, cu o precizie relativă de 5-10 centimetri în limitele unor distanțe de 10 - 40 de metri față de vehicul.The imaging module of the GPSVan ™ equipment includes a two-video stereometric system that records stereo images of road arteries as the laboratory vehicle moves on them. The stereo system is complemented by a system equipped with an analog camera that works in a continuous video mode through which it acquires a photographic logging of the prospecting. Each video frame is marked in time with the GPS signal, and the geodetic coordinates (respectively, latitude, longitude and ellipsoidal height) are assigned to each image. Stereo digital pairs are processed in a post-mission mode to determine the geodetic coordinates of objectives, such as road edges and centerlines, curves, traffic signs, mileage, etc., with a relative accuracy of 5 -10 centimeters within a distance of 10-40 meters from the vehicle.
Din cele prezentate rezultă că, atât echipamentul GPSVision™, cât și echipamentul GPSVan™ constituie, în esența lor, un sistem de stereoviziune cu bază fixă, cu poziție și atitudine cunoscute, furnizate de componenta GPS/INS și respectiv de componenta GPS/DRS. Această bază fixă este reprezentată de distanța, pe lățimea capotei vehiculului laborator, dintre axele optice ale celor doua camere video, distanță de montaj care în cazul ambelor echipamente GPSVision™ și GPSVan™ este de cca. 1,2 metri. Această valoare redusă a bazei fixe, face însă ca diferența dintre unghiurile direcțiilor de vizare ale celor doua camere video să fie sub valoarea minimă măsurabilă de către sistemul optic, atunci când acesta vizează ținte aflate la o distanță mai mare de aproximativ 40 de metri față de vehiculul laborator. Această limitare la o valoare destul de redusă a distanței de observare, constituie de altfel principalul dezavantaj al sistemelor stereometrice bazate pe utilizarea unei perechi de camere video montate pe același vehicul laborator.From what is presented, it results that both the GPSVision ™ equipment and the GPSVan ™ equipment constitute, in their essence, a fixed-based stereovision system, with known position and attitude, provided by the GPS / INS component and the GPS / DRS component, respectively. This fixed base is represented by the distance, on the width of the hood of the laboratory vehicle, between the optical axes of the two video cameras, mounting distance which in the case of both GPSVision ™ and GPSVan ™ equipment is approx. 1.2 meters. However, this low value of the fixed base means that the difference between the angles of the viewing directions of the two video cameras is below the minimum measurable value by the optical system, when it targets targets at a distance of more than about 40 meters from laboratory vehicle. This limitation to a rather small value of the observation distance is, moreover, the main disadvantage of stereometric systems based on the use of a pair of video cameras mounted on the same laboratory vehicle.
C7 2 O O 9 - O O 5 7 7 - 2 h 07’ 2009C7 2 O O 9 - O O 5 7 7 - 2 h 07 ’2009
Pentru a remedia acest neajuns, sistemul de cartare mobilă “Applanix LANDMark” realizat de către compania “Applanix Corporation” din Ontario (Canada) se bazează în funcționarea sa pe utilizarea unui sistem automat digital uni-cameral pentru achiziția imaginilor obiectivelor vizate din teren. Pentru ca această modalitate de funcționare să fie posibilă, respectiv pentru a asigura sistemului “Applanix” capabilitatea de a compara pixelii din cadre succesive ale imageriei cu marcaj de timp, sistemul este prevăzut cu un sistem precis de poziționare, “POS LV”, constituit prin cuplajul strâns dintre o unitate inerțială de măsurare - IMU și un receptor GPS cu dublă frecvență.To remedy this shortcoming, the “Applanix LANDMark” mobile mapping system developed by Applanix Corporation of Ontario (Canada) is based on the use of a single-camera digital automatic system for the acquisition of images of targeted targets in the field. In order for this mode of operation to be possible, respectively to ensure the “Applanix” system the ability to compare pixels from successive frames of time-stamped imaging, the system is provided with a precise positioning system, “POS LV”, constituted by tight coupling between an inertial unit of measurement - IMU and a dual frequency GPS receiver.
Deasemenea, o altă componentă esențială a hardware-ului echipamentului POS LV este constituită de instrumentul de măsurare a distanțelor (DMI) care este montat pe axul roților motoare ale vehiculului laborator și care furnizează pulsuri electrice la intervale unghiulare egale de rotație a respectivelor roți. Aceste pulsuri sunt convertite de către echipamentul POS LV în măsurători ale distanței incrementale străbătute de către vehicul, pentru situațiile în care semnalele GPS nu sunt disponibile.Also, another essential component of the POS LV equipment hardware is the distance measuring instrument (DMI) which is mounted on the axis of the drive wheels of the laboratory vehicle and which provides electrical pulses at equal angular intervals of rotation of those wheels. These pulses are converted by the POS LV equipment into measurements of the incremental distance traveled by the vehicle, for situations where GPS signals are not available.
Pe baza acestei dotări, în procesul de achiziție a datelor, operatorul conduce vehiculul la vitezele permise pe autostrada respectivă, pentru a înregistra datele cu privire la suprafața drumului, și/sau la obiectivele de pe partea laterală a acestuia. Sistemul LANDMark poate fi instalat deasemenea și pe vehicule de căi ferate pentru a efectua aceleași activități și pentru a înregistra obiectivele și alte caracteristici de interes existente de alungul traseului.Based on this equipment, in the data acquisition process, the operator drives the vehicle at the speeds allowed on the respective highway, in order to record the data on the road surface, and / or on the objectives on its side. The LANDMark system can also be installed on railway vehicles to perform the same activities and to record existing objectives and other features of interest along the route.
Trebuie insă remarcat faptul că, deși sistemul de poziționare POS LV, utilizat de echipamentul de cartare mobilă LANDMark, asigură acestuia o precizie corespunzătoare de poziționare, sistemul său automat de achiziție a imaginilor și respectiv ansamblul sistemului optic al unicei camerei video digitale utilizate, prezintă dezavantajul că nu permite preluarea decât a obiectivelor situate în apropierea arterelor rutiere străbătute. Pentru a compensa acest aspect, realizatorii echipamentului LANDMark au recurs la o soluție, care este însă mai greu aplicabilă de toți cei implicați în asemenea operații, și anume la soluția combinării surselor de date preluate din teren cu cele preluate din aeronave, folosindu-se în acest scop aplicații precum sunt “Google Street View” și “Microsoft Virtual Earth” pentru a obține o vizualizare pe plan superior a locației precise a unei zone de interes.It should be noted, however, that although the POS LV positioning system used by LANDMark mobile mapping equipment provides it with proper positioning accuracy, its automatic image acquisition system and the overall optical system of the only digital video camera used have the disadvantage. that it only allows the takeover of the objectives located near the crossed arteries. To compensate for this, the makers of LANDMark have resorted to a solution, which is more difficult to apply by all those involved in such operations, namely the solution of combining data sources taken from the field with those taken from aircraft, using in for this purpose applications such as “Google Street View” and “Microsoft Virtual Earth” to get a top-level view of the precise location of an area of interest.
Un alt sistem mobil uni-cameral de cartare este reprezentat și de Sistemul mobil de Măsurare și de Inventariere a Autostrăzilor — “Automatic Road Analyser - (ARAN) ” realizat de compania canadiană “Roadware GRP” și care este destinat să colecteze datele măsurătorilor referitoare la obiecte, caracteristici, structuri și marcaje de teren situate deAnother mobile unicameral mapping system is also represented by the Mobile Highway Analyzer (ARAN) developed by the Canadian company “Roadware GRP” and which is intended to collect measurement data related to objects, characteristics, structures and landmarks located by
9 -07- 2009 alungul autostrăzilor și al șoselelor, pentru planificarea, managementul și întreținerea acestora.9 -07- 2009 along highways and roads, for their planning, management and maintenance.
Dintre aplicațiile sistemului mobil ARAN se menționează în primul rând faptul că acest sistem permite să se stabilească rapid și în mod repetabil o bază de date inițială de management a semnelor de circulație. Atunci când este utilizat în conjuncție cu fluxul de date al sistemului GPS, echipamentul ARAN poate fi utilizat pentru a geocoda linia de centru, marginea și umerii drumurilor, alături de locația și de tipul diferitelor elemente adiacente ale marginii de drum.Among the applications of the ARAN mobile system, it is mentioned first of all that this system allows to establish quickly and repeatedly an initial database for the management of traffic signs. When used in conjunction with the data flow of the GPS system, ARAN equipment can be used to geocode the centerline, roadside and shoulder, along with the location and type of various adjacent roadside elements.
Echipamentul ARAN poate fi utilizat și de Sistemul de Monitorizare a Autostrăzilor pentru a înregistra un număr de date de reper, precum sunt: numărul de piste, lățimea acestora și a umerilor.The ARAN equipment can also be used by the Highway Monitoring System to record a number of landmark data, such as: the number of tracks, their width and shoulders.
Partea mobilă a sistemului realizează colectarea în teren a datelor și constă dintr-un vehicul multifuncțional prevăzut cu o camera video de înaltă rezoluție precis calibrată, montată în interiorul cabinei vehiculului și orientată spre partea dreaptă a drumului sau pe capota acestuia pentru obținerea unor imagini panoramice, cu un instrument de măsurare a distanțelor pentru poziționarea spațială, cu un sistem giroscopic geometric și cu un sistem ultrasonic de nivelmetrie pentru măsurarea precisă a atitudinii vehiculului.The movable part of the system collects data in the field and consists of a multifunctional vehicle equipped with a precisely calibrated high-resolution video camera, mounted inside the cab of the vehicle and oriented to the right side of the road or its hood for panoramic images, with a distance measuring instrument for spatial positioning, with a geometric gyroscopic system and with an ultrasonic levelmetry system for the precise measurement of vehicle attitude.
Pentru măsurarea distanțelor străbătute de vehiculul laborator în cursul efectuării determinărilor este utilizat un encoder optic dispus pe axul motor al vehiculului pentru a contoriza rotațiile respectivului ax, iar codul de timp al achiziției datelor este realizat prin pulsul de marcare furnizat de un recorder video cu bandă, la intervale de 1/30 secunde.An optical encoder arranged on the motor axis of the vehicle is used to measure the distances traveled by the laboratory vehicle during the determinations during the determinations, and the time code of the data acquisition is made by the marking pulse provided by a tape video recorder, at 1/30 second intervals.
în același timp, atitudinea curentă a vehiculului este detenninată cu ajutorul unui sistem utilizabil pentru navigația pe distanțe scurte și anume un sistem compus din două giroscoape convenționale care furnizează date de tip analogic și dintre care un giroscop este utilizat pentru a măsura tangajul și ruliul, iar cel de al doilea pentru a măsura azimutul. în afara valorilor absolute ale unghiurilor de tangaj și de ruliu ale vehiculului determinate cu grupul giroscopic, echipamentul cu care este prevăzut sistemul ARAN realizează măsurarea acestor unghiuri și în raport cu planul pavimentului de drum cu ajutorul a patru senzori ultrasonici dispuși la cele patru colțuri ale vehiculului, senzori care măsoară distanța dintre șasiul vehiculului și suprafața pavimentului drumului la intervale de 1/15 secunde cu o precizie de 1,0 mm, într-un domeniu cuprins intre -128 și +129 mm față de datum-ul de referință.at the same time, the current attitude of the vehicle is determined by means of a system usable for short-distance navigation, namely a system composed of two conventional gyroscopes providing analog data and of which a gyroscope is used to measure pitch and roll, and the second to measure azimuth. In addition to the absolute values of the pitch and roll angles of the vehicle determined with the gyroscopic group, the equipment with which the ARAN system is provided measures these angles in relation to the road pavement plane by means of four ultrasonic sensors arranged at the four corners of the vehicle. , sensors that measure the distance between the vehicle chassis and the road surface at 1/15 second intervals with an accuracy of 1.0 mm, in a range between -128 and +129 mm from the reference datum.
în mod opțional, sistemul ARAN mai dispune și de un receptor GPS care este utilizat pentru a obține o informație mai precisă de poziție, în condițiile în care datele GPS standard sunt corectate diferențial pentru a obține o rezoluție maximă de până la 1 metru. Cu oOptionally, the ARAN system also has a GPS receiver that is used to obtain more accurate position information, provided that standard GPS data is differentially corrected to achieve a maximum resolution of up to 1 meter. With a
4 -07- 2009 frecvență de înregistrare mai redusă decât cea utilizată pentru datele giroscopice sau pentru cele de nivel, datele GPS sunt raportate la fiecare secundă sau la fiecare 30 de cadre de imagine, interpolarea între aceste momente realizându-se prin “navigația inerțiala” care utilizează datele giroscopice și cele ale instrumentului de tip encoder pentru măsurarea distanțelor.4 -07- 2009 lower recording frequency than the one used for gyroscopic or level data, GPS data are reported every second or every 30 frames of image, the interpolation between these moments being achieved by "inertial navigation" which uses gyroscopic data and those of the encoder instrument to measure distances.
Achiziția datelor este asigurată de către un sistem computerizat, iar sistemul video utilizează un cod de timp pentru a realiza sincronizarea imaginilor achiziționate cu baza de date geometrice și de poziție. Pe această bază, software-ul “Surveyor” al sistemului “ARAN” poate efectua măsurători pe imagini multiple utilizând procedeul de triangulație sau pe imagini singulare utilizând planul idealizat al autostrăzii ca o referință.Data acquisition is ensured by a computerized system, and the video system uses a time code to synchronize the acquired images with the geometric and positional database. On this basis, the “Surveyor” software of the “ARAN” system can perform measurements on multiple images using the triangulation procedure or on single images using the idealized highway plan as a reference.
Stația de lucru Surveyor constă dintr-un PC, monitoare multiple și recordere video cu bandă, iar computerul utilizează un cârd de captură video cu capabilitate de compresie a imaginilor achiziționate.The Surveyor workstation consists of a PC, multiple monitors and tape video recorders, and the computer uses a video capture card with the ability to compress the purchased images.
Dezavantajul soluției adoptate de către echipamentul ARAN se datorează însă faptului că nu se utilizează decât in mod opțional un receptor GPS, astfel că declanșarea din exterior a camerei video nu se efectuează de către semnalul recepționat de la sistemul satelitar GPS pentru a se realiza marcarea tuturor imaginilor cu timpul universal UTC, achiziționarea fiecărui cadru video realizându-se la intervale de o secunda sau de 1/15 secunde comandate de către “timer-ul” recorder-ului video cu bandă, ceea ce are drept rezultat faptul că sincronizarea unor imagini multiple este însoțită de erori suplimentare.The disadvantage of the solution adopted by the ARAN equipment is due to the fact that a GPS receiver is only optionally used, so that the camera is triggered from the outside by the signal received from the GPS satellite system to mark all images. with UTC universal time, each video frame is purchased at one-second or 1/15-second intervals commanded by the tape-timer video recorder “timer,” which results in the synchronization of multiple images being accompanied by additional errors.
O abordare diferită în ceea ce privește soluționarea componentei de poziționare o prezintă insă sistemul mobil de cartare “Photobus” realizat de către Geodetic Engineering Laboratory (TOPO) din cadrul Institutului Federal Elvețian de Tehnologie din Lausanne EPFL (Swiss Federal Institute of Technology Lausanne). Un ansamblu de dispozitive în care sunt incluse receptoare GPS, un Sistem de Navigație Inerțiala (INS) și camere CCD sunt montate pe un vehicul mobil terestru cu care sistemul Photobus efectuează prospectarea automată a unor caracteristici specifice ale drumurilor așa cum sunt linia de centru, marcajele și semnele de drum la viteze de până la 100 km/ora și cu o precizie de poziționare de nivel sub-decimetric.However, a different approach to solving the positioning component is presented by the mobile mapping system "Photobus" developed by the Geodetic Engineering Laboratory (TOPO) within the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne EPFL (Swiss Federal Institute of Technology Lausanne). A set of devices that includes GPS receivers, an Inertial Navigation System (INS) and CCD cameras are mounted on a mobile land vehicle with which the Photobus system performs the automatic prospecting of specific road features such as the center line, markings and road signs at speeds up to 100 km / h and with sub-decimetric level positioning accuracy.
Pentru a realiza o poziționare limitată numai la unele obiective, așa cum sunt seninele de circulație, ale căror dimensiuni sunt apriori cunoscute și în condițiile în care atât aceste obiective, cât și vehiculul laborator se mențin în același plan orizontal, echipamentul mobil Photobus utilizează în mod separat, o singură camera video, care este plasată în plan orizontal, perpendicular pe axa longitudinală a vehiculului laborator.In order to achieve a positioning limited only to certain objectives, such as traffic lights, the dimensions of which are a priori known and provided that both these objectives and the laboratory vehicle are kept in the same horizontal plane, the Photobus mobile equipment uses separately, a single video camera, which is placed horizontally, perpendicular to the longitudinal axis of the laboratory vehicle.
4 -07- 20094 -07- 2009
Tot în același mod, prin utilizarea separată a unei singure camere video, se realizează și cartarea în timp real a geometriei drumurilor. In acest scop, achiziția imaginilor și procesarea acestora este realizată în mod autonom de către o cameră de tip Ethercam orientată în jos pe direcție verticală și care este înzestrată, ca și prima cameră menționată, cu un PC încorporat. Fiind triggerate prin comanda externă furnizată de un puls GPS pentru a garanta o sincronizare precisă, sistemele video captează cadrele prin intermediul pixelilor săi de tip CMOS care sunt mai puțin afectați de către variațiile de iluminare, efect întâlnit la variantele care utilizează senzori CCD.In the same way, by using a single video camera separately, the real-time mapping of the road geometry is done. For this purpose, the acquisition of images and their processing is carried out autonomously by an Ethercam type camera oriented downwards in the vertical direction and which is endowed, like the first mentioned camera, with a built-in PC. Being triggered by the external control provided by a GPS pulse to ensure accurate synchronization, video systems capture frames through its CMOS pixels that are less affected by lighting variations, an effect found in variants that use CCD sensors.
Cea de a doua componentă a sistemului este reprezentată de o stație de bază mobilă care asigură determinarea în timp real a poziției și a orientării (azimutului) pentru camera Ethercam în zona străbătută de echipamentul Photobus. Această stație se bazează pe utilizarea unui receptor GPS cu antenă duală al cărui chip primar transmite în mod permanent corecții RTK către chipul secundar, cu scopul de a obține orientarea (azimut-ul) cu o precizie de nivelul gradelor. în acest scop s-a conceput și un server DGPS de nivel regional bazat pe Intemet care contribuie la locația de nivel centimetric a chip-ului primar al receptorului GPS de pe echipamentul Photobus printr-o conexiune GPRS. In condițiile în care colectează cu o frecvență de 5 Hz corecțiile de la o rețea de stații de bază, acest server transmite mesajele RTK de corecție de la cea mai apropiată referință.The second component of the system is represented by a mobile base station that ensures the real-time determination of the position and orientation (azimuth) for the Ethercam camera in the area traversed by the Photobus equipment. This station is based on the use of a dual-antenna GPS receiver whose primary chip permanently transmits RTK corrections to the secondary chip, in order to obtain orientation (azimuth) with a degree-level accuracy. For this purpose, a regional-level DGET server based on Intemet has also been designed, which contributes to the centimeter-level location of the primary chip of the GPS receiver on the Photobus equipment via a GPRS connection. Given that it collects corrections from a base station network with a frequency of 5 Hz, this server transmits correction RTK messages from the nearest reference.
Conform afirmațiilor realizatorilor echipamentului Photobus, metoda utilizării unei vederi monoscopice furnizată de o cameră video orientată pe verticală pentru a extrage geometria drumurilor, prezintă avantaje considerabile față de cea pe care se bazează sistemele care folosesc camere orientate spre înainte, pe direcția de deplasare, și metode de extragere stereoscopică a caracteristicilor, datorită faptului că:According to the makers of Photobus, the method of using a monoscopic view provided by a vertically oriented video camera to extract road geometry has considerable advantages over that based on systems that use forward-facing cameras, on the direction of travel, and methods stereoscopic extraction of the characteristics, due to the fact that:
- permite utilizarea camerelor digitale cu rezoluție, calitate optică și stabilitate mai reduse;- allows the use of digital cameras with lower resolution, optical quality and stability;
- reduce complexitatea calibrării și a timpului de realizare;- reduces the complexity of calibration and lead time;
- îmbunătățește vizibilitatea țintei în trafic dens;- improves the visibility of the target in heavy traffic;
- permite extragerea complet automatizată și fiabilă a caracteristicilor, posibil în timp real;- allows fully automated and reliable extraction of features, possibly in real time;
- reduce costurile menținând în același timp precizia optică la un nivel centimetric.- reduces costs while maintaining optical accuracy at a centimeter level.
Totodată este de menționat faptul că sistemul Photobus este utilizat pentru monitorizarea liniei de centru în condițiile în care tehnologiile GPS diferențial și Dead Reckoning combinate asigură o precizie de poziționare de aproximativ 1,5 metri. în urma perfecționării sistemului prin utilizarea unui receptor GPS care capabilitatea de a recepționa șiIt is also worth mentioning that the Photobus system is used to monitor the center line, given that the combined differential and Dead Reckoning GPS technologies ensure a positioning accuracy of approximately 1.5 meters. following the improvement of the system by using a GPS receiver that the ability to receive and
4 -07- 2009 semnalele satelitare EGNOS, precizia de poziționare se situează între 2 și 3 metri, atunci când vehiculul laborator se deplasează într-o zonă ne-obstrucționată, astfel că, preluate în mod separat, semnalele de corecție furnizate de sistemul satelitar EGNOS nu asigură capabilitatea localizării vehiculului laborator decât în limitele fiecărui culoar de circulație separat.4 -07- 2009 EGNOS satellite signals, the positioning accuracy is between 2 and 3 meters, when the laboratory vehicle moves in an unobstructed area, so that, taken separately, the correction signals provided by the EGNOS satellite system it only ensures the ability to locate the laboratory vehicle within the limits of each separate traffic lane.
Dezavantajul sistemului Photobus este constituit tocmai de această gamă restrânsă a aplicațiilor sale, iar aceasta se datorează în principal faptului că echipamentul de navigație inerțială cu care este prevăzut nu asigură decât poziționarea continuă a vehiculului laborator nu și determinarea unghiurilor absolute de poziție ale acestuia.The disadvantage of the Photobus system is precisely this limited range of its applications, and this is mainly due to the fact that the inertial navigation equipment with which it is provided only ensures the continuous positioning of the laboratory vehicle and the determination of its absolute position angles.
Sistemul de cartare mobilă cu o singură cameră video conform invenției își propune să înlăture dezavantajele menționate în cele de mai sus, prin următoarea serie de măsuri combinate:The single-video mobile mapping system according to the invention aims to eliminate the above-mentioned disadvantages by the following series of combined measures:
- Pentru a mări baza de măsurare a sistemului stereometric, în loc de a se recurge la utilizarea a două camere video de vizare montate pe același vehicul laborator, se folosește o singură cameră video, baza de măsurare fiind constituită de distanța dintre pozițiile din care camera video, în urma deplasării vehiculului laborator, vizează un același obiectiv dispus la o distanță care este de regulă mult mai mare decât cea care poate fi preluată de sistemele bicamerale;- To increase the measurement base of the stereometric system, instead of using two video cameras mounted on the same laboratory vehicle, a single video camera is used, the measurement base being the distance between the positions from which the camera video, following the movement of the laboratory vehicle, aims at the same objective arranged at a distance that is usually much greater than that which can be taken over by bicameral systems;
- Pentru a mări precizia de marcare în timp a imaginilor video achiziționate, operația de declanșare a camerelor video se realizează din exterior, de către semnalul recepționat de la sistemul satelitar GPS, semnal care conține în mesajul său în afara datelor de poziție și datele privind timpul universal UTC;- In order to increase the time-marking accuracy of the purchased video images, the operation of triggering the video cameras is performed from the outside, by the signal received from the GPS satellite system, signal that contains in its message outside the position data and time data universal UTC;
- Pentru a mări distanța de la care pot fi poziționate țintele vizate din teren, se recurge la utilizarea unei camere digitale de înaltă rezoluție în montaj fix pe vehiculul laborator și care este prevăzută cu un obiectiv de tip telemetrie și cu un câmp redus de vedere;- In order to increase the distance from which the targeted targets can be positioned in the field, the use of a high-resolution digital camera in fixed mounting on the laboratory vehicle and which is equipped with a telemetry lens and a narrow field of view;
- Pentru a mări precizia de poziționare a unor obiective îndepărtate, se recurge la utilizarea unui sistem de navigație GPS cu frecvență dublă și cu capabilitate de funcționare în regim diferențial cuplat strâns cu o Unitate Inerțială de Măsurare - IMU, datele acestor sisteme fiind distribuite prin intermediul unui element de filtraj de tip Kalman;- In order to increase the positioning accuracy of distant objectives, the use of a dual frequency GPS navigation system with the ability to operate in differential mode closely coupled with an Inertial Measurement Unit - IMU is used, the data of these systems being distributed through a Kalman type filter element;
- Pentru a asigura poziționarea obiectivelor vizate în sistemul terestru global de coordonate și înscrierea acestora în fișiere de tip GIS (Geographic Information System), se folosește o metodologie și un algoritm de calcul care permite efectuarea în trepte succesive, a operațiilor de extragere a coordonatelor pixelilor care corespund, în cadrul unei imagini, reperului vizat și definirea unui vector de poziție pentru acest reper, în raport cu prima poziție a camerei video, transferul acestui vector în sistemul de coordonate al vehiculului laborator,- In order to ensure the positioning of the targeted objectives in the global terrestrial coordinate system and their inscription in GIS (Geographic Information System) type files, a methodology and a calculation algorithm are used that allows to perform in successive steps, the operations of extracting the pixel coordinates which correspond, in an image, to the reference mark and the definition of a position vector for that mark, in relation to the first position of the video camera, the transfer of this vector to the coordinate system of the laboratory vehicle,
I 9 -07- 2009 iar apoi în sistemul global de referință. Repetarea acestor operații pentru cea de a doua poziție a camerei video, urmată de corelarea celor doi vectori de poziție ai reperului vizat în raport cu baza lor de măsurare, pentru a stabili în final poziția reperului în raport cu sistemul global terestru de coordonate.I 9 -07- 2009 and then in the global reference system. Repeating these operations for the second position of the video camera, followed by the correlation of the two position vectors of the target landmark in relation to their measurement base, to finally establish the position of the landmark in relation to the global terrestrial coordinate system.
Alte caracteristici și avantaje ale invenției sunt prezentate în următoarea descriere pe larg a sistemului mobil și a procedeului de cartare a unor obiective situate la distanțe mari de arterele rutiere, descriere în care se face referire inclusiv la desenele care o însoțesc, respectiv fig. 1... 19, care reprezintă:Other features and advantages of the invention are presented in the following detailed description of the mobile system and the method of mapping objectives located at great distances from road arteries, a description which refers also to the accompanying drawings, respectively fig. 1 ... 19, which represent:
- fig. 1, schema bloc a modulului cu care se realizează recepția corecțiilor diferențiale RTCM;- fig. 1, the block diagram of the module with which the reception of RTCM differential corrections is performed;
- fig. 2, schema de amplasare a unei antene GPS (Ant. GPS) și a unei camere video (C V.) pe o platformă de montaj (Pt.) dispusă pe capota unui vehicul laborator (V.L.);- fig. 2, the layout of a GPS antenna (Ant. GPS) and a video camera (C V.) on a mounting platform (Pt.) Arranged on the hood of a laboratory vehicle (V.L.);
- fig. 3, schema de prezentare a vehiculului laborator (V.L.) cu evidențierea interiorului acestui vehicul, interior îh care este amenajat un post de operare care cuprinde un receptor (GPS) cuplat cu o unitate inerțiala (INS) și o unitate de calcul și de stocare a datelor (Comp.);- fig. 3, the presentation diagram of the laboratory vehicle (VL) with the highlighting of the interior of this vehicle, inside which is arranged an operating station comprising a receiver (GPS) coupled with an inertial unit (INS) and a computing and storage unit data (Comp.);
- fig. 4, schema de principiu a procedeului de cartare a unei ținte îndepărtate (T) prin vizarea acestuia cu o singură cameră video (C.V.) din două poziții (Ροζ. 1) și (Poz. 2) ale vehiculului laborator (V.L.), poziții aflate la o distanță (B.M.) care constituie baza de măsurare și la care ținta vizată este detectabilă în ambele cadre de imagine preluate de camera video;- fig. 4, principle diagram of the process of mapping a distant target (T) by aiming it with a single video camera (CV) from two positions (Ροζ. 1) and (Pos. 2) of the laboratory vehicle (VL), positions located at a distance (BM) which is the basis of measurement and at which the target is detectable in both image frames taken by the video camera;
- fig. 5, schema pentru definirea unghiului de azimut Ψ al vehiculului laborator;- fig. 5, diagram for defining the azimuth angle Ψ of the laboratory vehicle;
- fig. 6, schema pentru definirea unghiului de tangaj Θ al vehiculului laborator;- fig. 6, diagram for defining the pitch angle Θ of the laboratory vehicle;
- fig. 7, schema pentru definirea unghiului de ruliu Φ al vehiculului laborator;- fig. 7, diagram for defining the roll angle Φ of the laboratory vehicle;
- fig. 8, schema pentru definirea unghiului de girație Tf al axei optice a camerei video (CV);- fig. 8, diagram for defining the angle of rotation Tf of the optical axis of the video camera (CV);
- fig. 9, schema pentru definirea unghiului de înclinare &c al axei optice a camerei video (CV);- fig. 9, diagram for defining the angle of inclination & c of the optical axis of the video camera (CV);
- fig. 10, schema optică pentru definirea unghiurilor de deviație ț//pSÎ 3p ale direcției țintei zT în raport cu direcția axei optice centrale zq a camerei video, precum și pentru definirea modului în care se formează imaginea Τ' a țintei în planul senzorului CCD al camerei video;- fig. 10, optical diagram for defining the deviation angles ț // pSÎ 3 p of the target direction z T in relation to the direction of the central optical axis zq of the video camera, as well as for defining the way in which the target image Τ 'is formed in the CCD sensor plane to the video camera;
-07“ 7009-07 “7009
- fig. 11, scheme geometrice pentru determinarea expresiilor de definire a unghiurilor de deviație ψρ si &p ale direcției țintei în funcție de coordonatele liniare, dx și dy, ale imaginii acestei ținte pe senzorul CCD al camerei video:- fig. 11, geometric schemes for determining the expressions for defining the deviation angles ψ ρ and & p of the target direction as a function of the linear coordinates, d x and d y , of the image of this target on the CCD sensor of the video camera:
a. schema pentru stabilirea expresiei unghiului de deviație ψρ;a. the scheme for determining the expression of the deviation angle ψ ρ ;
b. schema pentru stabilirea expresiei unghiului de deviație &p .b. the scheme for establishing the expression of the deviation angle & p .
- fig. 12, schema pentru definirea unghiului de deviație ψρ al direcției țintei în plan orizontal;- fig. 12, diagram for defining the deviation angle ψ ρ of the target direction in the horizontal plane;
- fig. 13, schema pentru definirea unghiului de deviație &p al direcției țintei în plan vertical;- fig. 13, diagram for defining the deviation angle & p of the target direction in the vertical plane;
- fig. 14, schema pentru definirea unghiului absolut de azimut al țintei Ψ/· vizate;- fig. 14, the scheme for defining the absolute azimuth angle of the target Ψ / ·;
- fig. 15, schema pentru definirea unghiului absolut de înălțare al țintei ©^vizate;- fig. 15, the scheme for defining the absolute elevation angle of the target;
- fig. 16, schema pentru definirea unghiului absolut de ruliu al țintei Φ / vizate;- fig. 16, the scheme for defining the absolute rolling angle of the target Φ / target;
- fig. 17, schema pentru determinarea poziției țintei T în planul orizontal al elipsoidului de referință prin vizarea acesteia din două poziți diferite, Ci si C2, ale camerei video, poziții rezultate în urma deplasării vehiculului laborator pe traseul de test;- fig. 17, diagram for determining the position of the target T in the horizontal plane of the reference ellipsoid by aiming it from two different positions, Ci and C2, of the video camera, positions resulting from the movement of the laboratory vehicle on the test path;
- fig. 18, schema de poziționare a țintei T vizate în coordonate geografice, de longitudine și respectiv latitudine, pe o sferă echivalentă a globului terestru;- fig. 18, the positioning scheme of the target T targeted in geographical coordinates, longitude and latitude, respectively, on an equivalent sphere of the globe;
- fig. 19, schema pentru stabilirea relației de calcul a înălțimii h a țintei T în planul orizontal (P.O.) al elipsoidului de referință.- fig. 19, the scheme for establishing the calculation ratio of the height h of the target T in the horizontal plane (P.O.) of the reference ellipsoid.
Configurarea practică a sistemului mobil de cartare implică insă definirea în primul rând a nivelului de precizie care trebuie să fie asigurat de echipamentele de măsurare cu care este prevăzut sistemul respectiv.However, the practical configuration of the mobile mapping system implies first of all the definition of the level of accuracy that must be ensured by the measuring equipment with which the respective system is provided.
Astfel, pentru determinările topometrice ale țintelor din teren se admite de regulă o abatere liniară de poziționare de aproximativ d = 0,2 metri (20 cm). Această condiție se aplică în primul rând pentru vehiculul laborator pentru a cărui poziționare cu acest nivel de precizie este necesară utilizarea unui receptor GPS care are capabilitatea de a funcționa in regim RTK (Real Time Kinematic), respectiv are posibilitatea de a se conecta prin intermediul rețelei de Internei la o stație GPS de referință la care este abonat și de la care să preia corecțiile diferențiale.Thus, for topometric determinations of field targets, a linear position deviation of approximately d = 0.2 meters (20 cm) is usually allowed. This condition applies primarily to the laboratory vehicle whose positioning with this level of accuracy requires the use of a GPS receiver that has the ability to operate in RTK (Real Time Kinematic) mode, respectively has the ability to connect via the network by Internei to a reference GPS station to which it is subscribed and from which to take over the differential corrections.
Chiar și în lipsa erorilor datorate propriei poziționări a vehiculului laborator MMS, o abatere liniara d de poziționare a țintei vizate apare datorită erorii unghiulare ε de măsurare proprie echipamentului inerțial IMU utilizat, așa după cum rezultă din relația:Even in the absence of errors due to the MMS laboratory vehicle's own positioning, a linear deviation d of the target target positioning occurs due to the angular measurement error ε inherent in the inertial IMU equipment used, as follows from the relation:
4 -07- 2009 ε [grade]=4 -07- 2009 ε [grade] =
360° χ <7360 ° χ <7
2·π·Ό în care s-au utilizat notațiile:2 · π · Ό in which the notations were used:
ε - eroarea unghiulară de măsurare proprie echipamentului inerțial IMU utilizat;ε - the angular measurement error of the inertial IMU equipment used;
d - abaterea liniară de poziționare a țintei vizate;d - linear deviation of the target target positioning;
D - distanța reală până la ținta vizată.D - the actual distance to the target.
Dacă condiția definită mai sus pentru echipamentul GPS este unică indiferent de regimul de utilizare a sistemului de cartare mobilă, pentru unitatea inerțială IMU, condițiile sunt diferite în funcție de destinația, respectiv aplicația în care va fi utilizat Sistemul Mobil de Cartare:If the condition defined above for GPS equipment is unique regardless of the mode of use of the mobile mapping system, for the inertial unit IMU, the conditions are different depending on the destination, respectively the application in which the Mobile Mapping System will be used:
A) Sistem Mobil de Cartare cu două camere video și care este utilizat pentru cartarea drumurilor parcurse de vehiculul laborator, a semnelor de circulație și a obiectivelor aflate în apropierea arterei de circulație la o distanță D care nu depășește 40 metri.A) Mobile Mapping System with two video cameras and which is used to map the roads traveled by the laboratory vehicle, traffic signs and objectives near the traffic artery at a distance D not exceeding 40 meters.
Cu relația de mai sus, pentru d = 0,2 metri și D = 40 metri, se obține valoarea maximă admisă pentru eroarea unghiulară a unității inerțiale IMU: ε = 0,28° .With the above relation, for d = 0.2 meters and D = 40 meters, the maximum allowed value for the angular error of the inertial unit IMU is obtained: ε = 0.28 °.
B) Sistem Mobil de Cartare care poate funcționa și cu o singură cameră video și care, în afara misiunilor enumerate mai sus, poate efectua și sarcini de cartografiere a unor clădiri, poduri, diguri, a căror distanță maximă până la vehiculul laborator poate ajunge până la valoarea D = 200 metri.B) Mobile Mapping System which can operate with a single video camera and which, in addition to the missions listed above, can also perform tasks of mapping buildings, bridges, dams, whose maximum distance to the laboratory vehicle can reach up to at the value D = 200 meters.
Cu aceiași relație de mai sus, pentru d = 0,2 metri și D = 200 metri, se obține valoarea maximă admisă pentru eroarea unghiulară a unității inerțiale IMU: ε = 0,057° .With the same relation above, for d = 0.2 meters and D = 200 meters, the maximum allowed value for the angular error of the inertial unit IMU is obtained: ε = 0.057 °.
întrucât performanțele și, în consecință, și domeniile de aplicare ale sistemului mobil de cartare sunt determinate în primul rând de capabilitatea modulului de poziționare satelitară (GNSS), precum și a modulului constituit de unitatea de măsurări inerțiale (IMU) de a asigura nivelele de precizie susmenționate, este necesar ca, în continuare, pe baza analizării unor aspecte ale funcționării acestor doua module, să se stabilească configurația optimă a acestora pentru sistemul mobil de cartare conform invenției, după cum urmează:Whereas the performance and, consequently, the scope of the mobile mapping system are primarily determined by the ability of the satellite positioning module (GNSS) and the inertial measurement module (IMU) to ensure the levels of accuracy above, it is necessary, further on the basis of the analysis of aspects of the operation of these two modules, to establish their optimal configuration for the mobile mapping system according to the invention, as follows:
a) Modulul de Poziționare Diferențială GNSSa) GNSS Differential Positioning Module
Sistemele Satelitare de Navigație Globală (GNSS), așa cum sunt sistemele NAVSTARGPS (SUA) și GLONASS (Rusia), permit determinarea cu precizie ridicată a poziției într-un sistem de referință geocentric, în oricare punct situat pe suprafața terestră, în apropierea sau exteriorul acesteia, folosind sateliți artificiali ai Pământului.Global Navigation Satellite Systems (GNSS), such as NAVSTARGPS (USA) and GLONASS (Russia), allow high-precision positioning in a geocentric reference system at any point on, near or outside the earth's surface. using artificial satellites of the Earth.
Aceste operații de poziționare GNSS se prezintă în două variante de bază: a) Poziționarea într-un singur punct și b) Poziționarea diferențială.These GNSS positioning operations are presented in two basic variants: a) Single point positioning and b) Differential positioning.
9 -07- 20099 -07- 2009
In cadrul poziționării într-un singur punct, coordonatele locației unui receptor GNSS sunt determinate în raport cu cadrul de referință al Pământului prin utilizarea pozițiilor cunoscute ale satelițiilor GNSS care sunt urmăriți. Soluția de poziție care este generată de receptor și care este afectată într-o mare măsură de condițiile de propagare în atmosferă ale undelor radio, este dezvoltată inițial în coordonatele ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed), coordonate care apoi sunt convertite în oricare alt sistem regional de coordonate.In single point positioning, the coordinates of the location of a GNSS receiver are determined relative to the Earth's frame of reference by using the known positions of the GNSS satellites being tracked. The position solution, which is generated by the receiver and which is largely affected by the atmospheric propagation conditions of the radio waves, is initially developed in the ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed) coordinates, which are then converted to any another regional coordinate system.
In cadrul poziționării diferențiale, cunoscută și sub denumirea de poziționare relativă, coordonatele unui receptor GNSS, care reprezintă în acest caz stația “rover”, sunt determinate în raport cu un receptor GNSS care constituie “stația de bază” și a cărei poziție a fost anterior determinată cu mare precizie prin utilizarea tehnicilor convenționale de prospectare. In acest fel, oricare diferențe dintre poziția cunoscută a stației de bază și poziția calculată la această stație pe baza tehnicilor satelitare GNSS pot fi atribuite diferitelor componente ale erorilor de poziționare. Stația de bază transmite către stația rover informații cu privire la fiecare satelit urmărit, astfel că pseudo-distanțele (distanțele satelit-receptor) măsurate de receptorul mobil sunt corectate pe baza corecțiilor diferențiale obținute de la stafia de bază.In differential positioning, also known as relative positioning, the coordinates of a GNSS receiver, which in this case represents the "rover" station, are determined in relation to a GNSS receiver which is the "base station" and whose position was previously determined with great precision by using conventional prospecting techniques. In this way, any differences between the known position of the base station and the position calculated at this station based on GNSS satellite techniques can be attributed to the different components of the positioning errors. The base station transmits to the rover station information on each satellite being tracked, so that the pseudo-distances (satellite-receiver distances) measured by the mobile receiver are corrected based on the differential corrections obtained from the base ghost.
Corecțiile transmise de receptorul bază pot fi corecții de pseudodistanțe (PRC-PseudoRange-Corrections) și corecții de variație a pseudo-distanțelor (RRC - Rate of Range Corrections). Aceste corecții se pot determina utilizând pseudodistanțele determinate pe baza codurilor transmise de sateliți (varianta DGNSS - Differential GNSS) sau pe baza măsurătorilor efectuate folosind faza undei purtătoare (varianta RTK - Real Time Kinematic).Corrections transmitted by the base receiver can be pseudodistance corrections (PRC-PseudoRange-Corrections) and pseudo-distance variation corrections (RRC - Rate of Range Corrections). These corrections can be determined using the pseudo-distances determined on the basis of the codes transmitted by the satellites (DGNSS variant - Differential GNSS) or on the basis of the measurements performed using the carrier wave phase (RTK variant - Real Time Kinematic).
în cazul metodei diferențiale aplicate asupra fazei undei purtătoare a semnalului de cod satelitar se obțin soluții de poziționare de tip RTK cu precizii mult superioare, respectiv de ordinul a 1-2 cm. Legat de aceasta trebuie menționat că distanța instantanee dintre un satelit GNSS și un receptor poate fi apreciată în termenii unui număr de lungimi de undă ale purtătoarei prin care s-a propagat semnalul. Acest număr care are o componentă fracțională și o componentă întreagă poate fi considerat drept rezultatul unei măsurători de pseudo-distanță (în cicli) cu un offset întreg constant, inițial necunoscut. Circuitele de urmărire pot determina, într-un mod relativ simplu, componenta fracțională și modificările pe care le prezintă componenta întreagă a acestui număr de cicli, în condițiile în care însă, determinarea componentei inițiale întregi este mai puțin directă și constituie de fapt, elementul de “ambiguitate” al acestor operații.in the case of the differential method applied on the phase of the carrier wave of the satellite code signal, RTK type positioning solutions are obtained with much higher accuracies, respectively of the order of 1-2 cm. In this regard, it should be noted that the instantaneous distance between a GNSS satellite and a receiver can be estimated in terms of a number of wavelengths of the carrier through which the signal propagated. This number which has a fractional component and an integer component can be considered as the result of a pseudo-distance measurement (in cycles) with a constant integer offset, initially unknown. Tracking circuits can determine, in a relatively simple way, the fractional component and the changes presented by the whole component of this number of cycles, provided, however, that the determination of the whole initial component is less direct and is in fact the element of “Ambiguity” of these operations.
Din acest motiv, spre deosebire de algoritmii de calcul al pseudo-distanțelor în cadrul cărora stațiile de bază transmit numai corecțiile, în cazul algoritmilor care se aplică asupra fazei purtătoarei, aceștia realizează “dubla diferență” a observațiilor curente ale receptoarelorFor this reason, unlike the pseudo-distance calculation algorithms in which the base stations transmit only the corrections, in the case of algorithms that apply to the carrier phase, they make the "double difference" of the current observations of the receivers.
4 -07“ 2009 de la stația de bază și de la stația rover, dublă diferență care este formată prin scăderea, una dintr-alta, a măsurătorilor efectuate asupra unor perechi satelitare identice recepționate la cele doua receptoare.4 -07 “2009 from the base station and from the rover station, a double difference that is formed by the decrease, from each other, of the measurements performed on identical satellite pairs received at the two receivers.
Generarea acestor corecții diferențiale se poate realiza și în cadrul unei rețele de stații (receptoare) de referință, asa cum este spre exemplu, EUREF - Rețeaua Europeană de Diseminare a Corecțiilor Diferențiale GPS care acoperă întregul continent european și care menține în timp real, pe Intemet, o infrastructură GNSS (Global Navigation Satellitary System) utilizând stațiile GPS/GLONASS ale rețelei sale europene permanente EPN (European Permanent Network) pentru a disemina corecțiile conforme protocolului RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services).The generation of these differential corrections can also be done in a network of reference stations (receivers), such as EUREF - European Network for the Dissemination of GPS Differential Corrections that covers the entire European continent and maintains in real time, on the Internet , a Global Navigation Satellite System (GNSS) infrastructure using the GPS / GLONASS stations of its European Permanent Network (EPN) to disseminate corrections in accordance with the Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM) protocol.
La rețeaua EUREF este interconectată și o Rețea Naționala de Stații Permanente GNSS, așa cum este ROMPOS, rețea la ale cărei servicii de furnizare a datelor de corecție necesare îmbunătățirii preciziei de poziționare, se poate recurge și în situațiile în care utilizatorul dispune numai de un singur receptor GNSS, dar are posibilitatea de conectare din teren la Intemet, prin conexiuni de tipul GSM/GPRS/CDMA.The EUREF network is also interconnected by a National GNSS Permanent Station Network, such as ROMPOS, a network whose correction data provision services necessary to improve positioning accuracy can also be used in situations where the user has only one. GNSS receiver, but has the possibility of connecting from the field to the Internet, through GSM / GPRS / CDMA connections.
Astfel serviciul ROMPOS - DGNSS furnizează corecții pentru aplicații cinematice în timp real cu o precizie de poziționare între 3.0 m și 0.5 m pentru receptoare cu o singură frecvență, iar serviciul ROMPOS - RTK furnizează corecții pentru aplicații cinematice în timp real cu o precizie de poziționare între 0.5 și 2.0 cm pentru receptoare cu două frecvențe, formatul de date furnizate cu o frecvență de 1 Hz pentru ambele servicii, fiind conforme protocolului RTCM 2.x, 3.x.Thus, the ROMPOS - DGNSS service provides corrections for real-time kinematic applications with a positioning accuracy between 3.0 m and 0.5 m for single-frequency receivers, and the ROMPOS-RTK service provides corrections for real-time kinematic applications with a positioning accuracy between 0.5 and 2.0 cm for two-frequency receivers, the data format provided with a frequency of 1 Hz for both services, complying with the RTCM 2.x, 3.x protocol.
Pentru aplicațiile de poziționare în timp real, indiferent însă de tipul de rețea care este utilizat, trebuie stabilită o legătură continuă de date între rețeaua de referință și stațiile rover pentru ca utilizatorii DGPS să recepționeze corecțiile diferențiale generate de la rețeaua de referință. Pentru poziționarea diferențială în arii locale sau regionale, se utilizează sistemele de comunicații radio, iar pentru zonele cu acoperire în rețeaua Intemet se recurge la această alternativă de transmisie și de recepție a corecțiilor diferențiale. Astfel, pentru aplicațiile DGPS și RTK (Real Time Kinematic) care utilizează rețeaua de Intemet, linia de comunicație dintre rețeaua de referință și un utilizator mobil constă din două elemente consecutive: Cea mai mare parte a distanței de comunicație, care este cablată, este acoperită de Intemet, în timp ce restul distanțelor, mai scurte, spre diferiții utilizatori mobili, poate fi acoperită în bune condiții cu telefoane mobile celulare.For real-time positioning applications, regardless of the type of network being used, a continuous data link must be established between the reference network and the rover stations for DGPS users to receive differential corrections generated from the reference network. For differential positioning in local or regional areas, radio communication systems are used, and for areas covered in the Intemet network this alternative of transmitting and receiving differential corrections is used. Thus, for DGPS and RTK (Real Time Kinematic) applications using the Intemet network, the communication line between the reference network and a mobile user consists of two consecutive elements: Most of the communication distance, which is wired, is covered of Intemet, while the rest of the distances, shorter, to different mobile users, can be covered in good condition with mobile cell phones.
Ținând seama de cele menționate mai sus, pentru realizarea modulului de recepție a corecțiilor diferențiale pentru echipamentul de cartare conform invenției, așa după cum se t, -O?- 2009 prezintă în fig. 1, se recurge la utilizarea unui receptor GPS care este prevăzut cu conectoare separate pentru recepția corecțiilor diferențiale de tip RTCM - Corect. RTCM și respectiv pentru transmiterea datelor GPS corectate - GPS Corect. Prin aceste conectoare, receptorul GPS + INS se conectează la două porturi seriale ale unui sistem de calcul - Notebook, în așa fel încât, prin primul port al acestuia se recepționează datele GPS corectate care corespund locației utilizatorului, iar prin cel de al doilea port se transmit către receptorul GPS corecțiile diferențiale recepționate dintr-o rețea de distribuție prin intermediul unui telefon mobil celular T.M. cu funcționare în regim CDM A și care este conectat la un al treilea port al sistemului de calcul.Taking into account those mentioned above, for carrying out the module for receiving the differential corrections for the mapping equipment according to the invention, as t, -O? - 2009 shows in fig. 1, the use of a GPS receiver is provided which is provided with separate connectors for the reception of differential corrections of type RTCM - Correct. RTCM and for the transmission of corrected GPS data - GPS Correct. Through these connectors, the GPS + INS receiver connects to two serial ports of a computer system - Notebook, so that, through its first port, the corrected GPS data corresponding to the user's location is received, and through the second port transmit to the GPS receiver the differential corrections received from a distribution network via a cellular mobile phone TM with CDM A operation and which is connected to a third port of the computer system.
b) Modulul integrat de poziționare GPS-INSb) Integrated GPS-INS positioning module
Așa după cum s-a menționat în cele de mai sus, poziționarea GPS realizează măsurări de distanță ale receptorului față de sateliții Sistemului de Poziționare Globală, măsurători pe baza cărora receptorul își poate calcula poziția și viteza sa, în condițiile în care în câmpul său de vedere se află, simultan, cel puțin patru sateliți.As mentioned above, GPS positioning makes measurements of the distance of the receiver from the satellites of the Global Positioning System, measurements based on which the receiver can calculate its position and speed, given that in its field of view find out at least four satellites simultaneously.
Pe de altă parte, un Sistem de Navigație Inerțială (INS) utilizează valorile unor parametrii precum sunt forțele și rotațiile măsurate de către o Unitate de Măsurări Inerțiale (IMU) pentru a calcula accelerația, viteza și unghiurile de atitudine ale receptorului utilizatorului. Forțele sunt măsurate de către unitatea IMU cu accelerometre dispuse pe trei axe perpendiculare, iar un ansamblu de giroscoape măsoară rotațiile în jurul acestor axe, în condițiile în care acestei unități îi sunt furnizate o serie de date inițiale, așa cum sunt poziția, viteza și unghiurile de atitudine inițiale, precum și viteza de rotație a pământului și valoarea câmpului său gravitațional. Chiar și în aceste condiții, datorită faptului că erorile care afectează măsurătorile realizate de către senzorii unității IMU se acumulează în timp, o soluție de poziționare care se bazează numai pe elementele inerțiale se degradează în timp, dacă nu se asigură actualizarea externă a valorilor de poziție, viteză și atitudine. Această actualizare periodică se realizează cu ajutorul unui sistem de interfațare de tip SPÂN (Synchronous Position, Attitude and Navigation) care integrează măsurătorile inerțiale brute cu toate soluțiile GPS disponibile, interfațare care se bazează pe metoda Kalman de filtrare al cărui vector de stare include atitudinea, poziția, viteza, offset-urile accelerometrelor și derivele giroscoapelor, pentru a furniza soluția optimă posibilă în oricare situație. în acest fel, prin utilizarea soluției GPS de înaltă precizie, erorile de măsurare ale sistemului inerțial INS pot fi modelate și diminuate, iar pe de altă parte, continuitatea și precizia relativă a soluției inerțiale INS, asigură o reachiziție mai rapida a semnalului GPS în urma întreruperilor acestuia, precum și o convergență sporită în obținerea soluțiilor de tip RTK.On the other hand, an Inertial Navigation System (INS) uses the values of parameters such as forces and rotations measured by an Inertial Measurement Unit (IMU) to calculate the acceleration, speed and attitude angles of the user's receiver. The forces are measured by the IMU with accelerometers arranged on three perpendicular axes, and a set of gyroscopes measures the rotations around these axes, provided that this unit is provided with a series of initial data, such as position, speed and angles. of the initial attitude, as well as the speed of the earth's rotation and the value of its gravitational field. Even under these conditions, due to the fact that errors affecting the measurements made by the sensors of the IMU accumulate over time, a positioning solution that relies only on inertial elements degrades over time if the external update of the position values is not ensured. , speed and attitude. This periodic update is performed using a SPAN (Synchronous Position, Attitude and Navigation) interface system that integrates raw inertial measurements with all available GPS solutions, an interface that is based on the Kalman filtering method whose state vector includes attitude, position, speed, accelerometer offsets and gyroscope drifts, to provide the best possible solution in any situation. In this way, by using the high-precision GPS solution, the measurement errors of the INS inertial system can be modeled and diminished, and on the other hand, the continuity and relative accuracy of the INS inertial solution ensures a faster reacquisition of the GPS signal. its interruptions, as well as an increased convergence in obtaining RTK-type solutions.
h (Î7“ 2009h (Î7 “2009
In consecință, ținând seama de cele prezentate mai sus, sistemul, conform invenției, de cartare a unor obiective situate la distanțe mari de arterele rutiere sau care sunt inaccesibile în mod direct, cuprinde un vehicul laborator V.L. care se deplasează cu vitezele permise pe artera rutieră supusă prospectării și ale cărui unghiuri de poziție și coordonate geografice sunt determinate în timp real cu ajutorul unui echipament de poziționare GPS cu capabilitate de recepție a două frecvențe satelitare LI și L2 și care este susținut de un sistem de navigație inerțiala - INS și de o conexiune Internei la o rețea naționala de stații de bază furnizoare de corecții diferențiale corespunzătoare regimului de funcționare RTK (Real Time Kinematic). Intre condițiile de bază pe care le implică poziționarea precisă a țintelor vizate se înscrie și o bună sincronizare între momentul achiziției cadrelor de imagine și timpul universal UTC al cărui semnal este furnizat de ieșirea PPS (Puise Per Second) a receptorului GPS.Accordingly, in view of the above, the system, according to the invention, for mapping objectives located at great distances from road arteries or which are directly inaccessible, comprises a laboratory vehicle V.L. moving at the speeds allowed on the road artery under prospecting and whose position angles and geographical coordinates are determined in real time by means of GPS positioning equipment capable of receiving two satellite frequencies LI and L2 and which is supported by a system inertial navigation - INS and an internal connection to a national network of base stations providing differential corrections corresponding to the RTK (Real Time Kinematic) operating mode. Among the basic conditions involved in the precise positioning of the targeted targets is a good synchronization between the time of acquisition of the image frames and the universal time UTC whose signal is provided by the PPS (Puise Per Second) output of the GPS receiver.
Așa după se prezintă în fig. 2, o antenă Ant. GPS a receptorului GPS este amplasată pe axa longitudinală zy a vehiculului laborator pe o platformă de montaj Pt. dispusă pe capota acestuia. Pe aceiași platformă, pentru a realiza vizarea optică a obiectivelor din teren cu ajutorul unui sistem video uni-cameral, la o distanța m de antenă, pe direcția axei transversale Xy a vehiculului este montată o cameră video (C.V.) al cărui obiectiv optic este orientat spre o parte laterală a vehiculului sub un unghi fix , precis determinat, corespunzător aplicației avute în vedere, unghi cu care sistemul de coordonate, x'c,z’c > camerei video este rotit în planul orizontal al vehiculului laborator în raport cu sistemul de coordonate, Xy,zy, al acestuia.As shown in FIG. 2, an antenna Ant. GPS of the GPS receiver is located on the longitudinal axis zy of the laboratory vehicle on a mounting platform Pt. arranged on its hood. On the same platform, in order to achieve the optical aiming of the field objectives with the help of a uni-camera video system, at a distance m from the antenna, in the direction of the Xy transverse axis of the vehicle is mounted a video camera (CV) whose optical objective is oriented towards a side of the vehicle at a fixed angle, precisely determined, corresponding to the intended application, the angle at which the coordinate system, x'c, z'c> of the video camera is rotated in the horizontal plane of the laboratory vehicle relative to the coordinates, Xy, zy, of it.
în cadrul unei aplicații neîntrerupte de determinări, camera video are o orientare fixă în raport cu vehiculul purtător, prin blocarea rotației în plan orizontal, a înclinării și a zoom-ului camerei la valori pentru care camera a fost calibrată. Datele de calibrare simt memorate și utilizate ulterior pentru a defini orientarea camerei în raport cu direcția de deplasare a vehiculului și pentru a defini scara imaginii. In plus, fiecare imagine achiziționată de către camera video este marcată cu poziția și atitudinea acesteia, de către componenta GPS/INS a echipamentului de cartare.In an uninterrupted determination application, the video camera has a fixed orientation relative to the carrier vehicle, by locking the horizontal rotation, tilt and zoom of the camera to values for which the camera has been calibrated. The calibration data is stored and subsequently used to define the orientation of the camera in relation to the direction of travel of the vehicle and to define the scale of the image. In addition, each image purchased by the camcorder is marked with its position and attitude by the GPS / INS component of the mapping equipment.
în interiorul vehiculului laborator a cărui cameră video, așa după cum se prezintă în fig. 3, vizează un semn de circulație S.C., este amplasat un post de operare a sistemului de cartare, post care cuprinde un receptor GPS cuplat cu o unitate inerțiala INS și o unitate de calcul și de stocare a datelor Comp..inside the laboratory vehicle whose video camera, as shown in FIG. 3, refers to a traffic sign S.C., is located a station of operation of the mapping system, station which comprises a GPS receiver coupled with an inertial unit INS and a unit of calculation and data storage Comp ..
Procedeul de cartare conform invenției, implică realizarea unei succesiuni de determinări și de achiziții automate de date, precum și implementarea unui algoritm de calcul h rJ?“ 2009 cu care se realizează: a) determinarea valorilor unghiurilor absolute de poziție, Ψ/,Θ/,Φ?, ale unei ținte T vizate în raport cu punctul în care se află camera video C.V. în momentul în care a fost achiziționată imaginea respectivă și b) determinarea coordonatelor geografice ale țintei T, în latitudine și în longitudine, în planul orizontal al elipsoidului terestru de referință, prin aplicarea unor procedee de triangulație asupra valorilor unghiurilor de poziție și respectiv de azimut, și Ψγ2, ale țintei T, unghiuri determinate în raport cu direcția Nord N a meridianului magnetic local și care corespund la două poziții diferite, Poz.l și Poz. 2 ale vehiculului laborator V.L., poziții aflate, așa după cum se prezintă in fig. 4, la o distanțăThe mapping process according to the invention involves the realization of a succession of determinations and automatic data acquisitions, as well as the implementation of a calculation algorithm h r J? “2009 with which it is realized: a) the determination of the values of the absolute position angles, Ψ /, Θ /, Φ ?, of a target T target in relation to the point where the CV video camera is located at the time the image was acquired and b) the determination of the geographical coordinates of the target T, in latitude and longitude, in the horizontal plane of the of the reference terrestrial ellipsoid, by applying triangulation procedures to the values of the position and azimuth angles, respectively, and Ψγ 2 , of the target T, angles determined in relation to the North N direction of the local magnetic meridian and corresponding to two different positions, Pos .l and Item 2 of the VL laboratory vehicle, positions located, as shown in fig. 4, at a distance
B.M. care constituie baza de măsurare și la care ținta vizată este detectabilă în ambele cadre de imagine preluate de camera video C.V., în regim de post-procesare, operatorul interacționează cu software-ul pe care se bazează procedeul de cartare conform invenției, prin punctarea, cu mouse-ul sistemului de calcul, a obiectivelor de interes vizualizate din doua locații diferite ale vehiculului laborator.B. M. which constitutes the measurement basis and at which the target is detectable in both image frames taken by the CV video camera, in post-processing mode, the operator interacts with the software on which the mapping process according to the invention is based, by scoring, with the mouse of the computer system, of the objectives of interest viewed from two different locations of the laboratory vehicle.
în cadrul unei prezentări generale a procedeului de cartare a unor obiective situate la distanțe mari de arterele rutiere, se poate considera că fiecare pixel selectat de operator dintrun cadru de imagine video reprezintă un vector în spațiu: în această accepțiune, algoritmul de calcul al procedeului de cartare convertește coordonatele x, y, ale pixelului într-un “vector al direcției de vizare”, raportat inițial la vectorul median al camerei video, vectorul de vizare fiind apoi rotit în raport cu girația, tangajul și raliul camerei video, pe baza informațiilor referitoare la calibrarea camerei. In continuare, vectorul rezultat este rotit pentru a prelua tangajul și raliul vehiculului în raport cu planul orizontal, utilizând datele unghiulare furnizate de către Unitatea Inerțială de Măsurare IMU. în urma determinării în acest mod a vectorilor de poziție ai țintei vizate în raport cu două locații diferite ale vehiculului laborator, softwareul procedeului de cartare efectuează o trianghiulație pentru a determina poziția relativă în raport cu vehiculul laborator a obiectivului selectat și a o transfera în continuare într-un sistem global de coordonate (spre exemplu, latitudine, longitudine, înălțime).In an overview of the process of mapping targets located at great distances from road arteries, it can be considered that each pixel selected by the operator in a video image frame represents a vector in space: in this sense, the algorithm for calculating the mapping converts the x, y, coordinates of the pixel into a “aiming direction vector”, initially related to the median vector of the video camera, the aiming vector being then rotated relative to the rotation, pitch and rally of the video camera, based on information when calibrating the camera. Next, the resulting vector is rotated to take over the pitch and rally of the vehicle relative to the horizontal plane, using the angular data provided by the IMU Inertial Measurement Unit. After thus determining the position vectors of the target in relation to two different locations of the laboratory vehicle, the mapping process software performs a triangulation to determine the relative position in relation to the laboratory vehicle of the selected target and further transfer it to the target vehicle. a global coordinate system (eg latitude, longitude, altitude).
Trecând acum la prezentarea în detaliu a procedeului de cartare se precizează că acesta se bazează pe un algoritm de calcul care corespunde configurației adoptate pentru echipamentul de cartare conform invenției și care este alcătuit din două componente principale:Turning now to the detailed presentation of the mapping process, it is specified that it is based on a calculation algorithm that corresponds to the configuration adopted for the mapping equipment according to the invention and which consists of two main components:
I. Grupul relațiilor de calcul al unghiurilor absolute de poziție, Ψ/ ,Θ/ ,Φ/-, ale țintei vizate în raport cu punctul L în care este plasat obiectivul camerei video;I. The group of relations of calculation of the absolute angles of position, Ψ /, Θ /, Φ / -, of the target in relation to the point L where the objective of the video camera is placed;
4 -07- 20094 -07- 2009
Π. Grupul relațiilor de calcul cu care se realizează determinarea poziției țintei T în planul orizontal al elipsoidului de referință.Π. The group of calculation relations used to determine the position of the target T in the horizontal plane of the reference ellipsoid.
La rândul său prima componentă a algoritmului cuprinde următoarele etape de calcul:In turn, the first component of the algorithm comprises the following calculation steps:
A. Definirea unghiurilor de poziție, Ψ, Θ și Φ, ale vehiculului laborator furnizate de o Unitate de Măsurări Inerțiale - LM.U:A. Definition of the position angles, Ψ, Θ and Φ, of the laboratory vehicle provided by an Inertial Measurement Unit - LM.U:
1. Unghiul de azimut Ψ al vehiculului;1. Azimuth angle Ψ of the vehicle;
2. Unghiul de tangaj Θ al vehiculului;2. The pitch angle Θ of the vehicle;
3. Unghiul de ruliu Φ al vehiculului.3. Rolling angle Φ of the vehicle.
B. Definirea unghiurilor de pozare, Ψρ; și Θρ;, ale camerei video:B. Defining the laying angles, Ψρ; and Θρ ;, of the camcorder:
4. Unghiul de girație Ψρ; al camerei;4. Angle of rotation Ψρ; of the room;
5. Unghiul de înclinare Θρ; al camerei.5. Tilt angle Θρ; of the room.
C. Definirea unghiurilor de deviație, ψρ$ι 3p, ale direcției țintei în raport cu direcția axei centrale a camerei video.C. Define the deviation angles, ψρ $ ι 3p, of the target direction in relation to the direction of the central axis of the video camera.
D. Integrarea în sistemul de calcul a unghiurilor de deviație, ψρ și 3p, ale direcției țintei:D. Integration in the calculation system of the deviation angles, ψρ and 3p, of the target direction:
6. Unghiul de deviație pe laterală ψρ \6. Deviation angle on the side ψρ \
7. Unghiul de deviație pe verticală 3p.7. Vertical deviation angle 3p.
E. Definirea unghiurilor absolute de poziționare ale țintei, ,Θ? ,Φ7 :E. Defining the absolute angles of positioning of the target,, Θ ? , Φ 7 :
8. Unghiul absolut de azimut al țintei Ψρ;8. The absolute azimuth angle of the target Ψρ;
9. Unghiul absolut de înălțare al țintei 0/ ;9. Absolute elevation angle of the target 0 /;
10. Unghiul absolut de ruliu al țintei Φ7.10. Absolute rolling angle of the target Φ7.
F. Integrarea în sistemul de calcul a unghiurilor absolute de poziție, Ψγ,Θγ,Φγ, ale țintei vizate.F. Integration in the calculation system of the absolute position angles, Ψγ, Θγ, Φγ, of the target.
Prezentarea în detaliu a etapelor algoritmului de calcul enumerate mai sus are următorul aspect:The detailed presentation of the steps of the calculation algorithm listed above has the following aspect:
I. Grupul relațiilor de calcul al unghiurilor absolute de poziție, Ψ/ ,Θγ ,Φγ , ale țintei vizate.I. The group of calculation relations of the absolute position angles, Ψ /, Θγ, Φγ, of the target.
A. Definirea unghiurilor de poziție, Ψ, Θ și Φ, ale vehiculului furnizate de I.M.U.A. Definition of vehicle position angles, Ψ, Θ and Φ, provided by the I.M.U.
1. Unghiul de azimut Ψ al vehiculului laborator V.L. este definit, așa după cum se prezintă în fig. 5, în raport cu două sisteme de coordonate dispuse în plan orizontal și anume:1. The azimuth angle Ψ of the laboratory vehicle V.L. is defined, as shown in FIG. 5, in relation to two coordinate systems arranged horizontally, namely:
<ι -07- 2009<ι -07- 2009
- sistemul de coordonate, Xy, zv, din planul orizontal al locului curent în care se află vehiculul, sistem a cărui axa zv este orientată pe direcția meridianului magnetic local N;- the coordinate system x, y, z v, in the horizontal plane of the actual space in which the vehicle V system whose Z axis is oriented in the direction of the local magnetic meridian N;
- sistemul plan de coordonate, x'y , z'y, legat de vehicul, sistem în cadrul căruia axa z'y este orientată pe direcția axului longitudinal al vehiculului.- the coordinate plane system, x'y, z'y, connected to the vehicle, a system in which the z'y axis is oriented in the direction of the longitudinal axis of the vehicle.
In raport cu aceste referințe, unghiul de azimut Ψ reprezintă unghiul cu care este rotit în sens direct, față de sistemul de coordonate, Xy , Zy, din planul orizontal al locului curent, sistemul de coordonate, x'y , z'y, legat de vehicul, respectiv unghiul curent dintre direcția meridianului magnetic local N și direcția z'y a axului longitudinal al vehiculului.In relation to these references, the azimuth angle Ψ represents the angle with which it is rotated in a direct direction, with respect to the coordinate system, Xy, Zy, in the horizontal plane of the current place, the coordinate system, x'y, z'y, bound of the vehicle, respectively the current angle between the direction of the local magnetic meridian N and the direction z ' y of the longitudinal axis of the vehicle.
Este important de precizat că toate sistemele de coordonate care au fost definite, precum și cele care urmează a fi definite, își au originea în același punct L în care este plasată lentila camerei video a sistemului.It is important to note that all coordinate systems that have been defined, as well as those to be defined, originate at the same L point where the system's video camera lens is placed.
în aceste condiții, un vector unitar A de referință, cu originea în punctul L susmenționat, ale cărui componente în sistemul tridimensional de coordonate, Xj/,jy,zjz, sunt , Ayy și respectiv AZy, prezintă în sistemul tridimensional de coordonate legat de vehicul, xy,yy,z'v, componentele A^y , Ay^ și respectiv .Under these conditions, a reference unit vector A, originating in the above-mentioned point L, whose components in the three-dimensional coordinate system, Xj /, jy, zjz, are, Ayy and A Z y, respectively, has in the three-dimensional coordinate system related of the vehicle, xy, yy, z ' v , the components A ^ y, Ay ^ and respectively.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 5, prin care se definește unghiul de azimut Ψ al vehiculului laborator, între componentele vectorului de referință A în cele două sisteme tridimensionale de coordonate există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 5, which defines the azimuth angle Ψ of the laboratory vehicle, between the components of the reference vector A in the two three-dimensional coordinate systems there are the following transformation relations:
Ay - Ar •cos'V-A? sinT r VV Ay'r = AyrAy - A r • cos'VA? sinT r VV A y'r = A yr
Ay = AY sin Ψ — A7cosT *y *y *yAy = A Y sin Ψ - A 7 cosT * y * y * y
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [ψ] a unghiului de azimut cu expresia sa separată:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [ψ] of the azimuth angle with its separate expression is also inscribed:
este definit în planul vertical al locului curent în care se afla vehiculul, în raport cu două sisteme de coordonate și anume:is defined in the vertical plane of the current location of the vehicle, in relation to two coordinate systems, namely:
9 -07- 20099 -07- 2009
- sistemul drept de coordonate, Xy,yy,z'y, legat de vehicul, sistem în cadrul căruia axa xy este orientată în direcția axului longitudinal al vehiculului în planul orizontal al locului;- the right coordinate system, Xy, yy, z'y, connected to the vehicle, a system in which the xy axis is oriented in the direction of the longitudinal axis of the vehicle in the horizontal plane of the seat;
- sistemul drept de coordonate, Xy,yy,zy, sistem derivat din sistemul de coordonate, Xjx, yy, z'y, prin rotația acestuia în sens direct, în plan vertical, în jurul axei comune xy = xy, cu unghiul de tangaj Θ.- right coordinate system, Xy, yy, zy, system derived from the coordinate system, Xjx, yy, z'y, by rotating it directly, vertically, around the common axis xy = xy, with the pitch angle Θ.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 6, prin care se definește unghiul de tangaj Θ al vehiculului laborator, între componentele, A-^ , Ay^ și Az^ , ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, x’y,yy,z'y, și componentele, Α-φ , Ay^ și Αφ , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, Xy,yy,zy, există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 6, which defines the pitch angle Θ of the laboratory vehicle, between the components, A- ^, A y ^ and A z ^, of the reference vector A in the coordinate system, x'y, yy, z'y, and components, Α-φ, Ay ^ and Αφ, of the same vector in the coordinate system, Xy, yy, zy, there are the following transformation relations:
Αγ· = Αγ'·Γ · = Αγ '
Ay”v = Ay'v cos0 + Az'v sin ΘA y ” v = Ay ' v cos0 + A z ' v sin Θ
Az” = -Av· -sin© + /l,' -cos© zv yv zvA z ”= -A v · -sin © + / l, '-cos © z v y v z v
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [©] a unghiului de tangaj cu expresia sa separată:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [©] of the pitch angle with its separate expression is also inscribed:
fig. 7, din rotația sistemului de coordonate, xy,yv,zy, înjurai axei sale zy, în sens direct, cu valoarea necesară pentru a se suprapune peste sistemul de coordonate propriu, xv,yv>z”', al vehiculului laborator. în cadrul acestui sistem de coordonate, axa zy coincide cu axa longitudinală a vehiculului, axa yy este orientată în jos, spre podeaua acestuia, iar axa Xy este orientată perpendicular pe partea dreaptă a vehiculului.Fig. 7, from the rotation of the coordinate system, xy, yv, zy, curse its zy axis, in the direct direction, with the value necessary to overlap over its own coordinate system, x v, yv> z ”', of the laboratory vehicle. In this coordinate system, the zy axis coincides with the longitudinal axis of the vehicle, the yy axis is oriented downwards towards its floor, and the Xy axis is oriented perpendicular to the right side of the vehicle.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 7, prin care se definește unghiul de ruliu Φ al vehiculului laborator, între componentele, Αφ, Αφ și Αφ, ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, Χγ-,^,ζ”, și componentele, Αφ , Αφ și Αφ , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 7, which defines the roll angle Φ of the laboratory vehicle, between the components, Αφ, Αφ and Αφ, of the reference vector A in the coordinate system, Χγ -, ^, ζ ”, and the components, Αφ, Αφ and Αφ, of the same vector in the coordinate system, there are the following transformation relations:
9 -07- 20099 -07- 2009
Ay -= Ay -οοβΦ + ^ν» -βίηΦAy - = Ay -οοβΦ + ^ ν »-βίηΦ
V νV ν
Ay = -Ay · sin Φ 4/1, -οοβΦ yV xy XyAy = -Ay · sin Φ 4/1, -οοβΦ y V x y Xy
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [φ] a unghiului de ruliu cu expresia sa separată:These relations can be transferred to a matrix equation in which the roll angle matrix [φ] with its separate expression is also inscribed:
(3)(3)
B. Definirea unghiurilor de pozare Ψ(^ și 0q ale camerei video.B. Defining the laying angles Ψ (^ and 0q of the camcorder.
Pentru a obține o poziționare precisă a reperului de interes din teren este necesar ca vizarea acestuia cu camera video, din două puncte diferite ale traseului parcurs, să se efectueze sub unghiuri de vizare pe cât este posibil diferite. Din acest motiv se evită montarea camerei video într-o poziție în care axa sa optică se suprapune pe direcția de deplasare a vehiculului laborator, respectiv pe axa longitudinală a vehiculului laborator. Practic, pentru fiecare gen de aplicație în teren a echipamentului se stabilește un set corespunzător de valori fixe și riguros determinate ale unghiurilor de pozare în girație și în înclinare ale axei optice a camerei video în raport cu sistemul propriu de coordonate al vehiculului laborator.In order to obtain a precise positioning of the landmark of interest in the field, it is necessary to aim it with the video camera, from two different points of the route, to be carried out from as many viewing angles as possible. For this reason, it is avoided to mount the video camera in a position where its optical axis overlaps on the direction of movement of the laboratory vehicle, respectively on the longitudinal axis of the laboratory vehicle. Practically, for each type of field application of the equipment, an appropriate set of fixed and rigorously determined values of the rotation and inclination angles of the optical axis of the video camera in relation to the own coordinate system of the laboratory vehicle is established.
4. Unghiul de girație al axei optice a camerei video reprezintă, așa după cum rezultă din fig. 8, unghiul cu care sistemul de cordonate, xy,yy,zy, al vehiculului laborator4. The angle of rotation of the optical axis of the video camera represents, as it results from fig. 8, the angle at which the coordinate system, xy, yy, zy, of the laboratory vehicle
V.L. este rotit în sens direct, în planul orizontal al acestuia în jurul axei sale verticale yy, cu valoarea necesară pentru a aduce axa sa Xy în planul vertical în care este dispusă direcția de vizare a camerei video. Considerând că înainte de efectuarea acestei rotații, sistemul de coordonate, xy,yy,zy, al vehiculului coincidea cu sistemul de coordonate, camerei video C.V., prin această rotație cu unghiul *n Jurul axei Ξ Te > se obține pentru cameră un nou sistem de coordonate, Xy,y'y, z'y.VL is rotated directly in its horizontal plane around its vertical axis yy, with the value necessary to bring its Xy axis in the vertical plane in which the viewing direction of the video camera is arranged. Considering that before performing this rotation, the coordinate system, xy, yy, zy, of the vehicle coincided with the coordinate system, the CV video camera, by this rotation with the angle * n J uru l axis Ξ Te> a new is obtained for the camera coordinate system, Xy, y'y, z'y.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 8 prin care se definește unghiul de girație al axei optice a camerei video C.V., între componentele, Axc, Ayc și Azc ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, Xc,yc>zC’ §i componentele, A^, Ay>c și Az’c , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, x’c,yC’zC > există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 8 which defines the angle of rotation of the optical axis of the video camera CV, between the components, A xc , A yc and A zc of the reference vector A in the coordinate system, Xc, yc> z C 'and the components, A ^ , A y > c and A z ' c , of the same vector in the coordinate system, x'c, yC' z C> there are the following transformation relations:
4 '87- 2009 = Ax cosΨ., - A7 - sin Ψ., XC C ZC c 4 '87 - 2009 = A x cosΨ., - A 7 - sin Ψ., X CC Z C c
V sinTc ~A^C cosTc zcV sinT c ~ A ^ C cosT c z c
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [ψ(’] a unghiului de girație al camerei video cu expresia sa separată:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [ψ ('] of the angle of rotation of the video camera with its separate expression is also inscribed:
COS^FCOS ^ F
O sin Ψ.O sin Ψ.
-8ΐηΨσ -8ΐηΨ σ
O cosT„ (4)O cosT „(4)
5. Unghiul de înclinare &c al axei optice a camerei video C.V. reprezintă, așa după cum rezultă din fig. 9, unghiul cu care sistemul de cordonate, x'c,yc,zc, al camerei video este rotit în sens direct, în planul vertical al acestuia în jurul axei sale orizontale X(j, cu valoarea fixă de montaj stabilită pentru vizarea obiectivelor selectate pentru aplicația respectivă. Prin această rotație, sistemul de coordonate, ZC > este a<^us ’n poziția finală pe care o ocupă camera video în raport cu vehiculul laborator, poziție marcată prin sistemul de coordonate, xf, y”c7c ·5. The angle of inclination & c of the optical axis of the video camera CV represents, as it results from fig. 9, the angle at which the coordinate system, x'c, yc, zc, of the video camera is rotated in a direct direction, in its vertical plane around its horizontal axis X (j, with the fixed mounting value set for aiming the selected objectives By this rotation, the coordinate system, Z C> is a < ^ us ' n the final position occupied by the video camera in relation to the laboratory vehicle, position marked by the coordinate system, xf, y ”c7c ·
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 9, prin care se definește unghiul de înclinare Θθ al axei optice a camerei video C.V., între componentele, Axp , Ayp și Az>c , ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, XQ,yQ,z'c, și componentele, Ax^ ,As shown in the vector diagram in FIG. 9, which defines the angle of inclination Θθ of the optical axis of the video camera CV, between the components, A x p, A y p and A z > c , of the reference vector A in the coordinate system, XQ, yQ, z ' c, and the components, A x ^,
Ay c și Az c , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, xc,y”c,zf, există următoarele relații de transformare:A y c and A z c , of the same vector in the coordinate system, xc, y ”c, zf, there are the following transformation relations:
AY· = AY' c c Ay’c = Ay'c ’ Cos0c + A’c sin ®cA Y · = A Y 'cc A y'c = A y'c' Cos0 c + A ' c sin ®c
Az’c = ~Ayc sin ®c + ^zf c * cos®cA z 'c = ~ Ay c sin ®c + ^ z f c * cos®c
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [0C] a unghiului de înclinare al camerei video C.V. cu expresia sa separată:These relations can be transferred to a matrix equation in which is also inscribed the matrix [0 C ] of the angle of inclination of the CV video camera with its separate expression:
O O cos0^ sin ®c -sinUf cos0f;O O cos0 ^ sin ®c -sinUf cos0f;
(5) ^-2009-00577- 2 4 2009(5) ^ -2009-00577- 2 4 2009
C. Definirea unghiurilor de deviație, ψρ și âp, ale direcției țintei în raport cu direcția axei centrale a camerei video C.V.C. Defining the deviation angles, ψ ρ and â p , of the target direction in relation to the direction of the central axis of the video camera CV
Datorită faptului că vizarea unei ținte din teren se realizează de către camera video C.V. din diferite unghiuri de vizare, direcția axei optice centrale a acesteia nu coincide în general cu direcția pe care se află ținta vizată în raport cu obiectivul camerei video. Din acest motiv, definirea direcției țintei se realizează, în modul prezentat în fig. 10, prin unghiurile de deviație ψρ și 3p cu care trebuie rotită axa optică centrală zq în raport cu planul orizontal și respectiv vertical al sistemului de coordonate, X(^y(ȚzC, al camerei video. în aceiași schemă din fig. 10, se prezintă și modul în care se realizează poziționarea, în planul senzorului CCD al camerei video, a imaginii țintei vizate, precum și modul în care se definește această poziționare a țintei în funcție de coordonatele sale în dimensiuni liniare sau în pixeli în cadrul sistemului de coordonate rectangular al senzorului CCD.Due to the fact that the aiming of a field target is performed by the CV video camera from different viewing angles, the direction of its central optical axis does not generally coincide with the direction of the target in relation to the objective of the video camera. For this reason, the definition of the target direction is performed, in the manner shown in fig. 10, through the deviation angles ψρ and 3 p with which the central optical axis zq must be rotated in relation to the horizontal and vertical plane of the coordinate system, respectively, X (^ y (Ț z C, of the video camera. In the same diagram in fig. 10, also presents the way in which the positioning of the target image in the plane of the CCD sensor of the video camera is performed, as well as the way in which this positioning of the target is defined according to its coordinates in linear dimensions or pixels within the system. of the rectangular coordinate of the CCD sensor.
Pentru stabilirea relațiilor de calcul al coordonatelor liniare ale acestei imagini a țintei, în fig. 10, s-au introdus și următoarele notații:To establish the calculation relations of the linear coordinates of this image of the target, in fig. 10, the following notations were also introduced:
a, b- dimensiunea liniară a laturii “a” și respectiv “Z>” a senzorului CCD;a, b- the linear dimension of the side “a” and “Z>” of the CCD sensor, respectively;
Na,Ni, - numărul de pixeli de pe latura “a” și respectiv “Z>” a senzorului CCD;N a , Ni, - the number of pixels on the “a” and “Z>” side of the CCD sensor, respectively;
nx, ny - coordonatele în pixeli ale pixelului Τ' care marchează ținta T pe suprafața senzorului CCD;n x , n y - the pixel coordinates of the pixel Τ 'marking the target T on the surface of the CCD sensor;
dx,dy- coordonatele liniare ale pixelului Τ' care marchează ținta T pe suprafața senzorului CCD.d x , d y - the linear coordinates of the pixel Τ 'marking the target T on the surface of the CCD sensor.
Determinarea coordonatelor în pixeli ale imaginii țintei vizate se bazează pe utilizarea unui procedeu de detecție care implică efectuarea de către operator a unui “click” cu mouse-ul sistemului de calcul pe respectiva imagine în secvențele în care aceasta apare pe ecranul monitorului. Cu notațiile introduse mai sus, relațiile de transformare a coordonatelor în pixeli ale pixelului T corespunzător țintei, în coordonatele liniare ale aceluași pixel T care poziționează ținta pe suprafața senzorului CCD, sunt următoarele:Determining the pixel coordinates of the target image is based on the use of a detection procedure that involves the operator performing a "click" with the mouse of the computer system on that image in the sequences in which it appears on the monitor screen. With the notations introduced above, the ratios of transforming the coordinates into pixels of the T pixel corresponding to the target, into the linear coordinates of the same T pixel that positions the target on the surface of the CCD sensor, are the following:
dx~ —- a ; dv=-^--b (6) y Nb d x ~ —- a; d v = - ^ - b (6) and N b
În funcție de coordonata liniară dx a imaginii țintei, precum și de distanța focală f a obiectivului camerei, se poate determina, așa după cum se prezintă in fig. 11a, expresia unghiului de deviație ψρ în plan orizontal a direcției țintei:Depending on the linear coordinate d x of the target image, as well as the focal length of the camera lens, it can be determined, as shown in fig. 11a, expression of the horizontal deviation angle ψ ρ of the target direction:
ψρ = ar etan— (?)ψ ρ = ar etan— (?)
4 -ο?· Ζϋΰδ în același mod, în funcție de coordonata liniară dy a imaginii țintei, precum și de aceiași distanță focală f a obiectivului camerei, se poate determina, așa după cum se prezintă în fig. 11b, expresia unghiului de deviație &p în plan vertical a direcției țintei:4 -ο? · Ζϋΰδ in the same way, depending on the linear coordinate d y of the target image, as well as the same focal length in front of the camera lens, can be determined, as shown in fig. 11b, the expression of the deviation angle & p in the vertical plane of the target direction:
n dy = ar etan . —J---(8)n d y = ar etan. - J --- (8)
D. Integrarea în sistemul de calcul a unghiurilor de deviație, ψρ și &p, ale direcției țintei.D. Integration in the calculation system of the deviation angles, ψ ρ and & p , of the target direction.
în definirea unghiurilor de deviație, y/p și , se ține seama că în situația în care aceste unghiuri au o valoare nulă, sistemul de coordonate, xp,yp,zp, al țintei vizate coincide cu sistemul de coordonate, xc,yc,zc, al camerei video C.V.in defining the deviation angles, y / p and, it is taken into account that in the situation where these angles have a zero value, the coordinate system, x p , y p , z p , of the target coincides with the coordinate system, x c , yc, zc, to the CV video camera
6. Unghiul de deviație pe laterală ψρ al direcției țintei vizate se obține, așa după cum se prezintă in fig. 12, prin rotirea în sens direct a sistemului de coordonate, xC,yc,zC, al camerei video C.V., în plan orizontal, în jurul axei sale verticale yc s yp cu valoarea necesară pentru a aduce axa centrală de vizare xc în planul vertical al țintei vizate, poziție marcată prin sistemul de coordonate, x'p,y'p,z'p.6. The angle of deviation on the side ψ ρ of the direction of the target is obtained, as shown in fig. 12, by rotating in a direct direction the coordinate system, x C, yc, z C, of the video camera CV, in the horizontal plane, around its vertical axis yc sy p with the value necessary to bring the central axis of aiming xc in the plane vertical of the target, position marked by the coordinate system, x'p, y ' p , z'p.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 12, prin care se definește unghiul de deviație pe laterală y/p al direcției țintei vizate, între componentele, AXp, Ay și AZp , ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, xp,yp,zp, și componentele, Αχ·ρ , Ay>p și Az'p , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, x'p,y'p,z,p, există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 12, which defines the angle of deviation on the side y / p of the direction of the target, between the components, A Xp , A y and A Zp , of the reference vector A in the coordinate system, x p , y p , z p , and the components, Α χ · ρ , A y > p and A z ' p , of the same vector in the coordinate system, x' p , y'p, z , p, there are the following transformation relations:
ZP = AXp -cosy/p-AZp - sin y/p = Ay yp = AXp sin y/p + AZp cosy/p Z P = A Xp -cosy / p -A Zp - sin y / p = A y y p = A Xp sin y / p + A Zp cozy / p
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [ț/p] a unghiului de deviație pe laterală a direcției țintei vizate:These relationships can be transferred to a matrix equation in which the matrix [ţ / p] of the lateral deviation angle of the target direction is also inscribed:
COSl/fp 0 sinț/p COSl / fp 0 sense / p
-sinț/p 0 cos y/p-sinț / p 0 cos y / p
V AyP AzPxc ZC J (9)V A y P Az P x c Z CJ (9)
4 -07- 2D094 -07- 2D09
7. Unghiul de deviație pe verticală &p al direcției țintei vizate se obține, așa după cum se prezintă în fig. 13, prin rotirea în sens direct, în plan vertical, a sistemului de coordonate, x'p,y’p,z’p, în jurul axei sale orizontale x'p cu valoarea necesară pentru a aduce axa optică centrală a camerei video C.V. pe direcția țintei vizate, poziție marcată prin sistemul de coordonate, x”p,y”pz”p.7. The vertical deviation angle & p of the direction of the target is obtained, as shown in fig. 13, by rotating in a direct direction, in the vertical plane, the coordinate system, x'p, y'p, z'p, around its horizontal axis x ' p with the value necessary to bring the central optical axis of the video camera CV in the direction of the target, position marked by the coordinate system, x ”p, y” pz ”p.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 13, prin care se definește unghiul de deviație pe verticală al direcției țintei vizate, între componentele, Ay?, Ay? și Ayp , ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, x’p,y'p,z'p, și componentele, A x’pAs shown in the vector diagram in FIG. 13, which defines the angle of vertical deviation of the direction of the target, between the components, Ay ?, Ay? and Ay p , of the reference vector A in the coordinate system, x'p, y'p, z ' p , and the components, A x'p
și Ay? , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, există următoarele relații de transformare .and Ay? , of the same vector in the coordinate system, there are the following transformation relations.
Ax = Ax' A x = A x '
P PP P
Av- -Ay -cos^p+AZ' -s'm<9„A v - -Ay -cos ^ p + A Z '-s'm <9 „
Az’ = -Ay - sin J?p+Az' -cos^LA z '= -Ay - sin J? p + A z '-cos ^ L
P J P F P F P J P F P F
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea a unghiului de deviație pe verticală &p a direcției țintei vizate:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix of the vertical deviation angle & p of the target direction is also inscribed:
AXț AyT a7_ A Xț A y T a 7 _
oa
O cos<9p 0 -sin^pO cos <9p 0 -sin ^ p
(10)(10)
E. Definirea unghiurilor absolute de poziționare ale țintei, ,&τ ,Φγ, .E. Defining the absolute positioning angles of the target,, & τ , Φγ,.
în afara coordonatelor și unghiurilor relative de poziționare ale țintelor vizate, coordonate relative definite în cele de mai sus în raport cu sistemul de coordonate al camerei video C.V. și respectiv cu sistemul de coordonate al vehiculului laborator V.L., pentru a asigura poziționarea acestor ținte și în coordonatele absolute necesare înscrierii acestora în sisteme geografice de informare de tip GIS, urmează a se defini în continuare și coordonatele unghiulare absolute prin care se stabilește în mod nemijlocit direcția țintelor în raport cu un sistem absolut de coordonate a cărui axă orizontală zy este orientată pe direcția meridianului magnetic local și a cărui origine este legată de poziția curentă a vehiculului laborator. Acestein addition to the relative coordinates and positioning angles of the targeted targets, relative coordinates defined above in relation to the coordinate system of the video camera C.V. and with the VL laboratory vehicle coordinate system, respectively, in order to ensure the positioning of these targets and in the absolute coordinates necessary for their inclusion in GIS-type geographic information systems, the absolute angular coordinates by which it is established directly shall be further defined. the direction of the targets in relation to an absolute coordinate system whose horizontal axis zy is oriented in the direction of the local magnetic meridian and whose origin is related to the current position of the laboratory vehicle. These
Ο<2 009-00577-2 4 2009 unghiuri absolute de poziționare a țintelor sunt: unghiul de azimut Ψ/ , unghiul de înălțare ®ț și unghiul de ruliu Φ-/, unghiuri care sunt definite după cum urmează:Absolute <2 009-00577-2 4 2009 absolute angles of positioning of the targets are: azimuth angle Ψ /, elevation angle ®ț and roll angle Φ- /, angles which are defined as follows:
8. Unghiul absolut de azimut al țintei vizate reprezintă unghiul curent dintre direcția meridianului magnetic local N și direcția Zy, care este orientată spre țintă în planul orizontal al locului. Această direcție se obține, așa după cum se prezintă în fig. 14, prin rotirea în sens direct, în plan orizontal, a sistemului absolut de coordonate, xț/,jy,zjz, în jurul axei sale verticale jy cu unghiul de azimut Ψ7·, noua poziție fiind marcată prin sistemul de coordonate, xy,yy,zy.8. The absolute azimuth angle of the target is the current angle between the direction of the local magnetic meridian N and the direction Zy, which is oriented towards the target in the horizontal plane of the field. This direction is obtained, as shown in fig. 14, by rotating in the direct direction, in horizontal plane, the absolute coordinate system, xț /, jy, zjz, around its vertical axis jy with the azimuth angle Ψ7 ·, the new position being marked by the coordinate system, xy, yy , zy.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 14, prin care se definește unghiul absolut de azimut al țintei Ψ; vizate, între componentele, Ax Ayv * ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, xy yy, zy, și componentele, Ax v' ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, xy,yy,zy, există următoarele relații de transformare:As shown in the vector diagram in FIG. 14, which defines the absolute azimuth angle of the target Ψ; between the components, A x A y v * of the reference vector A in the coordinate system, xy yy, zy, and the components, A x v 'of the same vector in the coordinate system, xy, yy, zy, there are the following relations transformation:
Ax = AXy COS Ψ; ~Azy S*9 * 11 ^7A x = A X and COS Ψ; ~ Azy S * 9 * 11 ^ 7
Av =AV yy yyA v = A V yy yy
AZy, = Ax^ · sin ΨΓ + Az^ · cosA Z y, = A x ^ · sin Ψ Γ + A z ^ · cos
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [ψ; ] a unghiului absolut de azimut al țintei Ψ7 vizate:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [[; ] of the absolute azimuth angle of the target Ψ7 concerned:
(Π)(Π)
9. Unghiul absolut de înălțare al țintei vizate reprezintă, așa după cum se prezintă în schema vectorială din fig. 15, unghiul cu care este rotit în jurul axei sale orizontale Xy, sistemul de coordonate, xy,yy’,zy, cu valoarea prin care se realizează suprapunerea axei9. The absolute elevation angle of the target is, as shown in the vector diagram in FIG. 15, the angle at which it is rotated about its horizontal axis Xy, the coordinate system, xy, yy ’, zy, with the value by which the axis overlaps
Zy, pe direcția de vizare a țintei din locația L a camerei video, noua poziție fiind marcată prin sistemul de coordonate, xy,yy,zy.Zy, on the aiming direction of the target from the L location of the video camera, the new position being marked by the coordinate system, xy, yy, zy.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 15, prin care se definește unghiul absolut de înălțare al țintei vizate, între componentele, Ax^t , Ay^t și Az , ale h -07- 2009 vectorului de referință A în sistemul de coordonate, xy,yy,zy, și componentele AAs shown in the vector diagram in FIG. 15, which defines the absolute elevation angle of the target, between the components, A x ^ t , A y ^ t and A z , of h -07- 2009 of the reference vector A in the coordinate system, xy, yy, zy , and components A
Ay și > ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, xy,yy,zv·, există = A , xy = Ay -cos+ AZyt sin ©7 = -Ay 811107 +Azv, COS ©7 următoarele relații de transformare:A y and> of the same vector in the coordinate system, xy, yy, z v ·, there are = A, x y = A y -cos + A Z y t sin © 7 = -A y 811107 + Az v , COS © 7 the following transformation relationships:
Λ xyΛ x y
Av yV‘A v y V '
Λ zyΛ z y
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [Θ^ ] a unghiului absolut de înălțare al țintei vizate:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [Θ ^] of the absolute elevation angle of the target is also inscribed:
(12)(12)
10. Unghiul absolut de ruliu Φ/ al țintei reprezintă, așa după cum se prezintă în schema vectorială din fig. 16, unghiul cu care trebuie rotit, în jurul axei sale de vizare zyr, sistemul de coordonate, xy,yy’,zy, al țintei cu valoarea necesară pentru a suprapune acest sistem absolut de coordonate peste sistemul de cordonate, Χγ^τ,ζτ, al țintei determinat în fazele anterioare în raport cu sistemul de coordonate, xc>yc>zC urma acestei rotații cu unghiul de ruliu Φ; , se obține în final sistemul absolut de coordonate, xy,yy,zy, al țintei.10. The absolute roll angle Φ / of the target represents, as shown in the vector diagram in fig. 16, the angle to be rotated about its axis of sight z yr, the coordinate system xy, yy ', zy, the target's necessary to superimpose the absolute system of coordinates over the system cord Χγ ^ τ, ζ τ , of the target determined in the previous phases in relation to the coordinate system, xc>yc> z C as a result of this rotation with the roll angle Φ; , the absolute coordinate system, xy, yy, zy, of the target is finally obtained.
După cum rezultă din schema vectorială din fig. 16, prin care se definește unghiul absolut de ruliu Φτ al țintei vizate, între componentele, Ax^ , Ay^t și Az^n , ale vectorului de referință A în sistemul de coordonate, xy,yy,zy, și componentele, Ax As shown in the vector diagram in FIG. 16, which defines the absolute roll angle Φτ of the target, between the components, A x ^, A y ^ t and A z ^ n , of the reference vector A in the coordinate system, xy, yy, zy, and the components , A x
Λ zy , ale aceluiași vector în sistemul de coordonate, xy,yy,zy, există următoarele relații de transformare:Λ z y, of the same vector in the coordinate system, xy, yy, zy, there are the following transformation relations:
AY = AY οοβΦγ + Av · sin Φτ A Y = A Y οοβΦγ + A v · sin Φ τ
XprW Xyff 1 Z JZ* * Ayy = ~Ajcy W^T+Ayy Az =AZ zy zyXprW Xyff 1 Z JZ * * A yy = ~ Ajc y W ^ T + Ayy A z = A Z z y z y
Aceste relații se pot transfera într-o ecuație matricială în care este înscrisă și matricea [φ/ ] a unghiului absolut de ruliu Φτ al țintei vizate:These relations can be transferred to a matrix equation in which the matrix [φ /] of the absolute roll angle Φτ of the target is also inscribed:
if -07- 2009 Axțif -07- 2009 A xț
AyrAyr
Azp A zp
(13)(13)
F. Integrarea în sistemul de calcul a unghiurilor absolute de poziție, Ψτ,&τ,Φτ, ale țintelor vizate.F. Integration in the calculation system of the absolute position angles, Ψτ, & τ, Φτ, of the targeted targets.
Procedeul de determinare, conform invenției, a unghiurilor absolute de poziție, ΎΤ,ΘΤ,ΦΤ, ale țintelor situate la distanțe mari de vehiculul laborator se bazează pe determinarea prin calcul a valorilor acestor unghiuri pe baza valorilor unghiulare de rotație, măsurabile în mod direct, ale sistemelor de coordonate legate de vehicul prin a căror rotație succesivă se obține suprapunerea pe direcția țintei vizate. Stabilirea relațiilor de calcul cu care se realizează determinarea unghiurilor absolute de poziție, Ψ/ ,Θχ-,Φ/ , ale țintei vizate implică următoarele etape:The method for determining, according to the invention, the absolute position angles, Ύ Τ , Θ Τ , Φ Τ , of targets located at great distances from the laboratory vehicle is based on the calculation by calculation of the values of these angles on the basis of angular values of rotation, measurable in directly of the vehicle-related coordinate systems by the successive rotation of which overlap in the direction of the target. Establishing the calculation relationships with which to determine the absolute position angles, Ψ /, Θχ-, Φ /, of the target involves the following steps:
a. Corelarea relațiilor matriciale (1), (2), (3), (4), (5), (6) și (7), în urma căreia se obțin succesiv următoarele ecuații matriciale:a. Correlation of matrix relations (1), (2), (3), (4), (5), (6) and (7), after which the following matrix equations are obtained successively:
Ayfr Azțr Azfy A yfr A zțr A zfy
-MMfoHTcH·»] HM-MMfoHTcH · »] HM
(A) unde notațiile utilizate au următoarele semnificații:(A) where the notations used have the following meanings:
^ρ,Ψρ ~ unghiurile de deviație ale direcției țintei față de direcția axei centrale a camerei video, unghiuri care se calculează, cu ajutorul relațiilor (6), (7) și (8), pe baza coordonatelor plane ale pixelului care corespunde țintei în planul senzorului CCD. La rândul lor, aceste coordonate ale pixelilor corespunzători țintei se stabilesc, fie prin utilizarea metodei de operare bazată pe tastarea cu mouse-ul sistemului de calcul a imaginii țintei pe ecranul monitorului acestuia, fie prin utilizarea unui ecran de monitor sensibil la atingere;^ ρ, Ψρ ~ angles of deviation of the direction of the target from the direction of the central axis of the video camera, angles which are calculated by means of relations (6), (7) and (8), on the basis of the plane coordinates of the pixel corresponding to the target in CCD sensor plane. In turn, these pixel coordinates corresponding to the target are established, either by using the operating method based on the mouse typing of the target image calculation system on its monitor screen, or by using a touch screen monitor;
4 -07- 20094 -07- 2009
- Θ(-;, - unghiurile de pozare ale camerei video pe platforma de montaj a acesteia pe capota vehiculului laborator; valorile acestor unghiuri (atunci când nu se utilizează varianta cu reglare continuă) se stabilesc de regulă la montaj;- Θ (- ;, - the laying angles of the video camera on its mounting platform on the hood of the laboratory vehicle; the values of these angles (when the continuously adjustable version is not used) are usually established during installation;
- Φ, Θ și Ψ - unghiurile de poziție ale vehiculului laborator determinate de către Unitatea Inerțială de Măsurare - IMLJ;- Φ, Θ and Ψ - the position angles of the laboratory vehicle determined by the Inertial Measurement Unit - IMLJ;
- Αχρ, Ayy, AZv, reprezintă versorii unitari ai axelor respective de coordonate.- Αχρ, Ayy, A Zv , represent the unitary verses of the respective coordinate axes.
b. Pe de altă parte, prin corelarea relațiilor matriciale (8), (9) și (10) se obțin succesiv următoarele ecuații matriciale:b. On the other hand, by correlating the matrix relations (8), (9) and (10) the following matrix equations are obtained successively:
relație matricială pentru calculul unghiurilor absolute de poziție, Ψρ,Θτ,Φτ, ale țintei vizate în raport cu punctul în care este dispusă lentila camerei video:matrix relation for the calculation of the absolute position angles, Ψρ, Θτ, Φτ, of the target in relation to the point where the camera lens is arranged:
ΜΦτΉθΤ’ΓΙΨζ’]· sau:ΜΦτΉθΤ’ΓΙΨζ ’] · or:
K ]· W· [®c ] ftc ]· [Φ]· [®] Μ=[®7·] [®r] k/ ] (C)K] · W · [®c] ftc] · [Φ] · [®] Μ = [®7 ·] [®r] k /] (C)
Se adoptă notația:The notation is adopted:
k 1M i®c ] kc ]·[«] [®1- kl= «11 «21 «12 «22 «31 «32 «13 «23 «33 _ (11) și se calculează coeficienții corespunzători, αχ 3..//33, pe baza valorilor, măsurate în mod direct, ale unghiurilor din partea stângă a acestei ecuații matriciale.k 1M i®c] kc] · [«] [®1- kl =« 11 «21« 12 «22« 31 «32« 13 «23« 33 _ (11) and calculate the corresponding coefficients, αχ 3 .. // 33, based on the values, measured directly, of the angles on the left side of this matrix equation.
In continuare se efectuează produsul matricilor corespunzătoare coordonatelor unghiulare absolute ale țintei vizate:Next, the product of the matrices corresponding to the absolute angular coordinates of the target is performed:
0Ο8Φ-/ [Φγ]·[®γ]·[Ψγ]=0Ο8Φ- / [Φγ] · [®γ] · [Ψγ] =
-βϊηΦτsin ¢7- 0 οο5Φγ 0-βϊηΦτsin ¢ 7- 0 οο5Φγ 0
0 cos0y0 cos0y
-sin©/--sin © / -
*11 άχ2 0χ3 = *21 *22 *23 _*31 *32 *33_ unde s-au folosit notațiile:* 11 άχ 2 0χ 3 = * 21 * 22 * 23 _ * 31 * 32 * 33_ where the notations were used:
cV- 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 5 7 7 - 2 4 -07“ 2009 /¾] οο8Ψ; ·cosO/ T sin Ψτ’ -sin Θχ- · sin Φχ-;cV- 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 5 7 7 - 2 4 -07 “2009 / ¾] οο8Ψ; · CosO / T sin Ψτ ’-sin Θχ- · sin Φχ-;
/>12 = cos0y-sinΦγ· ;/> 12 = cos0y-sinΦγ ·;
/>13 ^-sin Ψγ -ΟΟΒΦγ Τ ΟΟβΨ; · sin 0y -sin Φγ ;/> 13 ^ -sin Ψγ -ΟΟΒΦγ Τ ΟΟβΨ; · Sin 0y -sin Φγ;
Ζ>2ΐ =-cos ΨΓ - sin + sin T^-sin 0ycos0; ;Ζ> 2ΐ = -cos Ψ Γ - sin + sin T ^ -sin 0ycos0; ;
^22 = COS0y COSOy ;^ 22 = COS0y COSOy;
/>23 = sin Ψ; · sin Φτ + cosTț- · sin 0; · cos0y ;/> 23 = sin Ψ; · Sin Φτ + cosTț- · sin 0; · Cos0y;
Z>31 = sin - cos07 ;Z> 31 = sin - cos07;
/»32 = -sin 0; ;/ »32 = -sin 0; ;
Z>33 =cosTy -cosOy .Z> 33 = cosTy -cosOy.
Din echivalarea termenilor corespunzători celor două matrice globale identice:From the equivalence of the terms corresponding to the two identical global matrices:
se obțin în final relațiile de calcul ale coordonatelor unghiulare absolute ale țintei stabilite din locul în care se afla vehiculul laborator la momentul respectiv, sub forma:finally obtain the calculation relations of the absolute angular coordinates of the target set from the location of the laboratory vehicle at that time, in the form:
tan^Py-^lL · sin©;·--a32 ; tan0/’=^^- (12) a33 a22 tan ^ Py- ^ lL · sin ©; · --a 32 ; tan0 / '= ^^ - (12) a 33 a 22
Π. Grupul relațiilor de calcul cu care se realizează determinarea poziției țintei T în planul orizontal al elipsoidului de referință.Π. The group of calculation relations used to determine the position of the target T in the horizontal plane of the reference ellipsoid.
In cadrul celei de a doua componente a algoritmului de calcul se realizează determinarea poziției țintei T în planul orizontal al elipsoidului de referință, prin combinarea determinărilor de coordonate unghiulare absolute, , θτρΦ^ și respectiv, , 0y2, Φ;2, ale țintei vizate, determinări și calcule efectuate conform metodologiei aferente primei componente a algoritmului de calcul, pentru două poziții diferite, Q și respectiv C2, ale camerei video, poziții rezultate în urma deplasării vehiculului laborator cu o distanță în limitele căreia ținta T se menține în câmpul de vedere al camerei video.Within the second component of the calculation algorithm is determined the position of the target T in the horizontal plane of the reference ellipsoid, by combining the determinations of absolute angular coordinates,, θτρΦ ^ and,, 0y 2 , Φ, respectively; 2 , of the target, determinations and calculations performed according to the methodology related to the first component of the calculation algorithm, for two different positions, Q and C 2 , respectively, of the video camera, positions resulting from the movement of the laboratory vehicle with a distance within which the target T it stays in the field of view of the camcorder.
Pentru stabilirea, pe această bază, a relațiilor de calcul ale coordonatelor absolute de poziție ale țintei T se recurge la schema de poziționare prezentată în fig. 17, în care s-au introdus următoarele notații:In order to establish, on this basis, the calculation relations of the absolute position coordinates of the target T, the positioning scheme presented in fig. 17, in which the following notations were introduced:
λ\,φγ și - coordonatele geografice, de longitudine și respectiv de latitudine, furnizate de către receptorul GPS pentru două poziții succesive de vizare, Q și respectiv , ale camerei video;λ \, φγ and - the geographical coordinates, longitude and latitude, respectively, provided by the GPS receiver for two successive aiming positions, Q and respectively, of the video camera;
λτ, φτ - coordonatele geografice de longitudine și respectiv de latitudine, ale țintei;λ τ , φτ - the geographical coordinates of longitude and latitude, respectively, of the target;
^,«2 și ^2 distanțele liniare corespunzătoare diferențelor unghiulare de longitudine, ΔΛ^γ-,Λ/ί]^, și respectiv de latitudine, Δ(Ρζ2, Δφιτ ale țintei, după cum urmează:^, «2 and ^ 2 the linear distances corresponding to the angular differences of longitude, ΔΛ ^ γ-, Λ / ί] ^, and of latitude, Δ (Ρζ 2 , Δφιτ of the target, respectively, as follows:
.= _Λ Δφ\τι = (Ρ2-φι '> a<pi,t = (Pr-<P2', (13). = _ Λ Δφ \ τι = ( Ρ2-'ι '> a <pi, t = ( Pr- <P2', (13)
La calculul distanțelor liniare, Pe direcția longitudinii și respectiv a latitudinii, dintre pozițiile succesive ale camerei video și respectiv dintre acestea și ținta vizată, se ține seama însă și de faptul că sistemul de stereo-fotogrammetrie, conform invenției, permite vizarea unor obiective care sunt situate la distanțe de până la 200 - 300 de metri de vehiculul-laborator, astfel că se poate adopta ipoteza de aproximare a globului terestru cu o sferă echivalentă cu raza R = 6367,472 km.When calculating the linear distances, P is the direction of longitude and latitude, respectively, between the successive positions of the video camera and respectively between them and the target, but it is also taken into account that the stereo-photogrammetry system, according to the invention, allows aiming are located at distances of up to 200 - 300 meters from the laboratory vehicle, so that the hypothesis of approximating the globe with a sphere equivalent to the radius R = 6367,472 km can be adopted.
Astfel, pe baza schemei din fig. 18, în care se prezintă modul de poziționare a unei ținte pe o sferă echivalentă a globului terestru, distanțele liniare susmenționate se pot calcula pe baza diferențelor de coordonate unghiulare cu ajutorul unui set de ecuații de forma:Thus, based on the scheme of FIG. 18, which shows how to position a target on an equivalent sphere of the globe, the above-mentioned linear distances can be calculated based on differences in angular coordinates using a set of equations of the form:
Ayj-ΓττΠΠ 1 a\țnetri\ = rțmetri] - pentru distanțele pe direcția longitudinii λ ;Ayj-ΠΠττΠΠ 1 a \ țnetri \ = rțmetri] - for distances in the direction of longitude λ;
360 x 60 . Λ[«ίβΖτζ] - pentru distantele pe direcția latitudinii φ ;360 x 60. Λ [«ίβΖτζ] - for distances in the direction of latitude φ;
360x60 unde : r = R- cos^z. (14)360x60 where: r = R- cos ^ z. (14)
Deasemenea mai trebuie precizat faptul că pentru a realiza o poziționare de înaltă precizie, în coordonate geografice, a țintelor vizate, este necesar să se țină seama și de faptul că, așa după cum se prezintă în fig. 2, axa z^ a sistemului de coordonate al camerei videoIt should also be noted that in order to achieve a high-precision positioning, in geographical coordinates, of the targeted targets, it is necessary to take into account the fact that, as shown in fig. 2, the z ^ axis of the video camera coordinate system
C.V. este deplasată față de axa z” a vehiculului laborator V.L., de alungul axei x” a acestuia, pe platforma de montaj PI., cu distanța de montaj “m” dintre antena GPS și camera video C.V.C.V. is displaced from the z ”axis of the laboratory vehicle V.L., along its x” axis, on the mounting platform PI., with the mounting distance “m” between the GPS antenna and the C.V. video camera.
Din acest motiv, coordonatele geografice, , (f\v și λχν, (Pty, care simt furnizate în mod direct de către sistemul GPS pentru locațiile antenei GPS, diferă de coordonatele geografice, si Â2, , corespunzătoare celor două poziții succesive ale camerei video,For this reason, the geographical coordinates,, (f \ v and λχ ν , (Pty, which are provided directly by the GPS system for the GPS antenna locations, differ from the geographical coordinates, and  2 ,, corresponding to the two successive positions of video camera,
4 -07“ 2009 astfel că acestea din urmă, în situațiile în care cerințele pentru o precizie maximă o impun, trebuie sa fie corectate cu valorile:4 -07 “2009 so that the latter, in situations where the requirements for maximum accuracy so require, must be corrected by the values:
.. r · i 360 x 60 x mimetrilx cosTi . r - i 360x60x/ni/wcVr/lx sin Ψ>.. r · i 360 x 60 x mimetrilx cosTi. r - i 360x60x / ni / wcVr / lx sin Ψ>
ΔΛΤ [imn] =-----—11; Δ^ [mm]=---------L^-*-----L (15) m 2itf?xcos^ m și respectiv:ΔΛ Τ [imn] = -----— 11 ; Δ ^ [mm] = --------- L ^ - * ----- L (15) m 2itf? Xcos ^ m and respectively:
. „ r · i 360x60xi»[we/r7|xcosT9 . r · i 360 x 60xm\metri]xsînvf,j =-----77/---J; A^lm)n] =--------T—-JL (16).. „R · i 360x60xi» [we / r7 | xcosT9. r · i 360 x 60xm \ meters] xsîn v f , j = ----- 77 / --- J ; A ^ l m) n] = -------- T—- JL (16).
m 2tu<xcos(P2 2π/\ m 2tu <xcos (P2 2π / \
Ținând seama de aceste ipoteze de calcul, din schema prezentată în fig. 17, în care sunt evidențiate cele două poziții, Cț și C2, din care este vizată ținta T, rezultă următoarele expresii pentru unghiurile corespunzătoare de azimut ale acesteia, Ψη și respectiv Ψγ’2 :Taking into account these calculation hypotheses, from the scheme presented in fig. 17, in which the two positions are highlighted, Cț and C 2 , from which the target T is targeted, results the following expressions for its corresponding azimuth angles, Ψη and Ψγ ' 2 respectively:
tan ΨΓ =----------cosl02 + Δ<ζ>2 τ) '> tan = —— cosuz>2 + Δ^ τ)tan Ψ Γ = ---------- cosl02 + Δ <ζ> 2 τ) '> tan = —— cosuz> 2 + Δ ^ τ)
Δ<ζ>ΐ2+Δφ2,τ’ ’ Δ<Ρ2,ΤΔ <ζ> ΐ2 + Δφ 2 , τ '' Δ <Ρ2, Τ
Din aceste două expresii se obține următoarea relație implicită de calcul a diferenței unghiulare de longitudine j: From these two expressions the following implicit relation of calculation of the angular difference of longitude j is obtained :
Δφχ 2 tan Ψ/, + ΔΛ 2 · cos(% + \φ1τ )Δφχ 2 tan Ψ /, + ΔΛ 2 · cos (% + \ φ 1τ )
Τ —-----------------------------ίΗηψ/2 -ίΗηΨη și în continuare: =(ζ>2+Δ^2 7’ (17)Τ —----------------------------- ίΗηψ / 2 -ίΗηΨη and below: = (ζ> 2 + Δ ^ 2 7 '(17)
Cu valoarea determinată în acest mod a diferenței unghiulare Δ<^ τ > se poate calcula acum și valoarea diferenței unghiulare de latitudine ț cu una dintre următoarele două relații explicite de calcul:The value determined in this way the angular difference Δ <^ τ> can now calculate the latitude and the angular difference T one of two relationships explicit calculation:
Δ^ y =---f1---v-(δ<ζλ 2 +Δ<ρ2 τ) > sau cos(^2 +^^2,TJ tanTru ț ----r----------1 Δ^2 t - 2 și în continuare: λτ = Λ^ + ΔΛι τ . (18) ’ COSleh + Ăfih τ)Δ ^ y = --- f 1 --- v- (δ <ζλ 2 + Δ <ρ 2 τ)> or cos (^ 2 + ^^ 2, TJ tanTru ț ---- r ----- ----- Δ ^ 2 t 1 - t 2 and n as: λτ = Λ ^ + ΔΛι τ. (18) 'Ăfih COSleh + τ)
Din ecuațiile de mai sus se remarcă faptul că diferențele de coordonate ale țintei, ΔΛ j T și Δ(ρρ τ > nu Pot 6 determinate atunci când între unghiurile de azimut există relația:From the above equations it is observed that the coordinate differences of the target, ΔΛ j T and Δ (ρρ τ> no P ot 6 determined when there is a relation between the azimuth angles:
Ψγ· = Ψ/’2 . Această situație se întâmplă atunci când se utilizează o singură cameră video orientată pe direcția de deplasare a vehiculului, iar ținta se menține în planul vertical al camerei în tot timpul deplasării vehiculului laborator.·Γ · = Ψ / ' 2 . This situation occurs when a single video camera oriented in the direction of travel of the vehicle is used, and the target is kept in the vertical plane of the camera throughout the movement of the laboratory vehicle.
Oricum, după obținerea în modul prezentat a coordonatelor unghiulare, 2y și ςο/·, ale țintei, în continuare se pot calcula și distanțele liniare marcate în fig. 17 și anume: αγ, și h -07- 2009However, after obtaining in the presented way the angular coordinates, 2y and ςο / ·, of the target, we can still calculate the linear distances marked in fig. 17 namely: αγ, and h -07- 2009
1\, bi, pe direcția longitudinii și respectiv a latitudinii, dintre pozițiile succesive ale camerei video și respectiv dintre acestea și ținta vizată, cu relațiile:1 \, bi, in the direction of longitude and latitude, respectively, between the successive positions of the video camera and respectively between them and the target, with the relations:
Pe această bază se pot calcula și distanțele directe dintre ținta T și pozițiile, Q Și C2, ale celor două video camere cu ajutorul relațiilor:On this basis, the direct distances between the target T and the positions, Q and C 2 , of the two video cameras can be calculated using the relations:
C{T = +(/^ + ¾)2 șj _ ^(α^ + αιΥ +Z»2 (2θ)C {T = + (/ ^ + ¾) 2 șj _ ^ (α ^ + αιΥ + Z » 2 (2θ)
Deasemenea, conform schemei prezentate în fig. 19, se poate calcula și înălțimea h a țintei T în planul orizontal P.O. al elipsoidului de referință, cu una dintre relațiile:Also, according to the scheme shown in FIG. 19, the height h of the target T can also be calculated in the horizontal plane P.O. of the reference ellipsoid, with one of the relations:
hf = hcx +€\T tan ΔΘ'η sau: hp = Ăc2 +C2T · tanA©^ (21) în care s-au introdus relațiile: ΔΘ^ = - Θ] ; ΔΘ/2 = Θγ2 - Θ2 , în care unghiurile de tangaj, Θ] și 02, ale vehiculului laborator sunt determinate în mod direct de către Sistemul de Navigație Inerțială - INS.hf = hc x + € \ T tan ΔΘ'η or: hp = Ăc 2 + C 2 T · tanA © ^ (21) in which the relations were introduced: ΔΘ ^ = - Θ]; ΔΘ / 2 = Θγ 2 - Θ 2 , where the pitch angles, Θ] and 0 2 , of the laboratory vehicle are determined directly by the Inertial Navigation System - INS.
în concluzie, se apreciază că principalul avantaj al sistemului și procedeului conform invenției este constituit de faptul că prin mărirea distanței de bază dintre locațiile de preluare a două imagini succesive ale aceleiași ținte, se măresc practic de câteva ori și distanțele măsurabile până la ținta respectivă, dacă se au în vedere valorile uzuale ale distanțelor de măsurare aplicabile în cazul sistemelor de stereometrie bazate pe utilizarea unor perechi de camere video. în cazul sistemului mono-cameral conform invenției, distanțele măsurabile până la țintă sunt limitate în principal numai de rezoluția obiectivului optic al camerei video. La aceasta contribuie și faptul că în acest caz, pe ecranul monitorului de control se vor forma, în loc de două imagini alăturate, o singură imagine care va prezenta astfel o rezoluție sporită.In conclusion, it is considered that the main advantage of the system and method according to the invention is that by increasing the basic distance between the locations of taking two successive images of the same target, the distances measurable to that target are practically increased several times, if the usual values of the measuring distances applicable to stereometry systems based on the use of pairs of video cameras are taken into account. In the case of the single-camera system according to the invention, the measurable distances to the target are mainly limited only by the resolution of the optical objective of the video camera. The fact that in this case, on the screen of the control monitor, instead of two adjacent images, a single image will be formed, which will thus present a higher resolution.
Creșterea distanței de măsurare a sistemului stereometrie mono-cameral până la valori de ordinul a 200 - 300 metri, face ca acest sistem să devină concurențial pentru echipamentele optice de topometrie, de tip „stații totale”, mai ales dacă se are în vedere și mobilitatea de care dispune sistemul stereometrie ambarcat.Increasing the measuring distance of the single-chamber stereometry system to values of the order of 200-300 meters, makes this system competitive for optical topometry equipment, type "total stations", especially if mobility is also taken into account. which has the onboard stereometry system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA200900577A RO126294B1 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA200900577A RO126294B1 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO126294A2 true RO126294A2 (en) | 2011-05-30 |
RO126294B1 RO126294B1 (en) | 2012-10-30 |
Family
ID=44502491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ROA200900577A RO126294B1 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO126294B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102607560A (en) * | 2011-12-22 | 2012-07-25 | 中国人民解放军海军航空工程学院 | Two-station direction-finding cross positioning tracing algorithm on earth surface based on rhumb lines |
-
2009
- 2009-07-24 RO ROA200900577A patent/RO126294B1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102607560A (en) * | 2011-12-22 | 2012-07-25 | 中国人民解放军海军航空工程学院 | Two-station direction-finding cross positioning tracing algorithm on earth surface based on rhumb lines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RO126294B1 (en) | 2012-10-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tao | Mobile mapping technology for road network data acquisition | |
EP3617749B1 (en) | Method and arrangement for sourcing of location information, generating and updating maps representing the location | |
Grejner-Brzezinska et al. | Multisensor navigation systems: A remedy for GNSS vulnerabilities? | |
ES2355188T3 (en) | SYSTEM FOR FOLLOWING THE GPS-BASED TRAJECTORY. | |
KR20180101717A (en) | Vehicle component control using maps | |
JP6354120B2 (en) | Road information transmission device, map generation device, road information collection system | |
Kukko et al. | Road environment mapping system of the Finnish Geodetic Institute-FGI ROAMER | |
KR101886932B1 (en) | Positioning system for gpr data using geographic information system and road surface image | |
CN107533801A (en) | Use the ground mapping technology of mapping vehicle | |
CA2680628A1 (en) | System and method for position determination | |
IL298797A (en) | Generating a geomagnetic map | |
Grejner-Brzezinska et al. | From Mobile Mapping to Telegeoinformatics | |
KR100448543B1 (en) | Method for Preparing Geographical Information System | |
Eugster et al. | Integrated georeferencing of stereo image sequences captured with a stereovision mobile mapping system–approaches and practical results | |
JP6773473B2 (en) | Survey information management device and survey information management method | |
Chang et al. | Validation of DEMs derived from radar interferometry, airborne laser scanning and photogrammetry by using GPS-RTK | |
CN113727434B (en) | Vehicle-road cooperative auxiliary positioning system and method based on edge computing gateway | |
KR20130024402A (en) | Outdoor seamless positioning method and apparatus thereof | |
Ellum et al. | Land-based integrated systems for mapping and GIS applications | |
De Agostino et al. | Rock face surveys using a LiDAR MMS | |
Ishikawa et al. | A study of precise road feature localization using mobile mapping system | |
RO126294A2 (en) | Mobile system and process for mapping objects located at a large distance from roads | |
JP7396472B2 (en) | Position measuring device, positioning method, and program | |
Alamús et al. | On the accuracy and performance of the GEOMÒBIL System | |
Li et al. | Terrestrial mobile mapping towards real-time geospatial data collection |