INS mérések térinformatikai elemzése

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar 2005. évi Tudományos Diákköri Konferencia www.vit.bme.hu/tdk/2005

GPS/INS mérések térinformatikai elemzése Szerző: Kertész Imre: [email protected], építőmérnök hallgató Konzulens: Dr. Barsi Árpád, egyetemi docens, tanszékvezető, BME Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék

Tartalom: A kutatás célja az volt, hogy megállapítsuk a GPS+INS műszerpárosról, alkalmazhatóak-e Mobil Térképező Rendszerekben való használatra. Vizsgáltuk még, hogy egy önálló IMU műszerrel összehasonlítva a GPS+INS párost, milyen különbségeket figyelhetünk meg. Ehhez 6 mérés adatai álltak rendelkezésre. Összehasonlításra kerültek a műszerek által mért szögadatok. Vizsgáltuk azt is, hogy az IMU-val végzett fluxus mérések hogyan alakulnak az egyes útvonalakon. Imre Kertész: Geoinformatical analysis of GPS/INS measurements Abstract: The goal of the research was to evaluate the potential of GPS+INS instrument in mobile mapping systems. Furthermore the differences between a standalone IMU and a complex GPS/INS equipment were studied. 6 measurement campaigns were applied for the tests. The registered angle data were compared. The magnetic field (flux) was studied along several paths.

WWW proceedings of the Scientific Student Conference, Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Civil Engineering, 2005 (in Hungarian), www.vit.bme.hu/tdk/2005

Budapest, 2005. november 11.

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE

TDK DOLGOZAT

Konzulens: Dr. Barsi Árpád egyetemi docens, tanszékvezető Fotogrammetria és Térinformatika Tsz.

Készítette: Kertész Imre


TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés ................................................................................................................................2 2. Felhasznált műszerek..............................................................................................................2 2.1 NAV420CA-100...............................................................................................................3 2.2 AHRS400CB ....................................................................................................................4 2.3 Mérési adatok rögzítésére használt szoftverek .................................................................5 3. Mérések ..................................................................................................................................6 4. Mért adatok elemzése .............................................................................................................7 4.1 Mérési eredmények...........................................................................................................7 4.2 Műszerek működési frekvenciájának vizsgálata ............................................................15 4.3 EOV koordináták ............................................................................................................17 4.4 Interpoláció .....................................................................................................................18 4.5 Mérési eredmények közvetlen összehasonlítása.............................................................19 4.6 Fluxus vizsgálat ..............................................................................................................22 4.7 Úthullámosság ................................................................................................................24 5. Konklúzió .............................................................................................................................26 6. Irodalomjegyzék ...................................................................................................................27 7. Melléklet...............................................................................................................................28 7.1 Mérési útvonalak ............................................................................................................28 7.2 Hossz-szelvények ...........................................................................................................34

-1-


1. BEVEZETÉS Ezen TDK legfőbb feladatának azt tartottuk, hogy megvizsgáljuk milyen adatok nyerhetőek egy GPS+INS (Inertial Navigation System) műszerpárossal, valamint, hogy alkalmasak-e Mobil Térképező Rendszerbe (Mobile Mapping System) való integrálásra. Vizsgálatra került még, hogy milyen eredmények érhetőek el csak IMU (Inertial Measurement Unit: gyorsulást és szögváltozást mérő eszköz) használatával. (Az INS egy olyan IMU, amely valamilyen feldolgozó modullal van ellátva pl. Kálmán-szűrő). Fontos kihangsúlyozni, hogy az INS műszerek gyártója (lsd. a műszerek ismertetésénél) a low-end kategória képviselője (az eszközök ára 10-15000 $), így az eredményeket ennek tükrében kell figyelembe venni.

2. FELHASZNÁLT MŰSZEREK Az adatgyűjtés során 2 különböző műszer került alkalmazásra, melyek típusai a következők: NAV420CA-100, AHRS400CB (a műszerek részletes bemutatása a 2.1 és 2.2 fejezetekben). Mindkét műszer az amerikai Crossbow cég terméke. A mérés során egy vezérlő számítógépre is szükség volt, ezt a szerepet egy Acer laptop töltötte be. Mint később majd látható, mindkét eszköz 15 tűs csatlakozóval van ellátva, ezek segítségével soros porton keresztül tudnak kommunikálni a számítógéppel és ez keresztül történik az áramellátás is. A mérések során nehézséget okozott, hogy az alkalmazott számítógép csak egy soros portot tartalmazott, így közvetlenül csak egy műszert tudott fogadni. A másik műszer csatlakoztatásához egy soros port–USB port átalakítót kellett alkalmazni, így mindkét eszköz adatait egy időben tudta feldolgozni. Az áramellátást szivargyújtóhoz csatlakozó transzformátor biztosította, amely 12 V-os feszültséget szolgáltatott mindkét műszer számára. Mivel mindkét eszköz akkor indul, mikor a transzformátort bekapcsolják, biztosított, hogy a két műszer kezdő időpontja egybeesik (mérési eredmények összehasonlításánál nagyon fontos).

2.1 ábra: Eszközök rögzítése

A 2.1 ábrán látható, hogy a műszerek egy masszív rétegelt lemezre lettek lecsavarozva, így biztosítva azt, hogy egymáshoz képest teljesen mozdulatlanok legyenek.

-2-


2.1 NAV420CA-100 A műszer méretei: 7,62*9,53*7,62 cm (2.2 ábra). Üzemi feszültsége 8-42 V-ig terjedhet. Működési frekvenciája 100 Hz, tömege 580 g.

2.2 ábra: NAV420CA-100

Az eszköz GPS antenna fogadására alkalmas (az antenna csatlakozási helye jól látható a kép bal oldalán), amit a megvásárlás során mellékelnek is hozzá. A GPS vevőről annyit lehet tudni, hogy 4 Hz-es, egyéb adatot a gyártó nem közöl. A műszer koordináta rendszere nem a geodéziában megszokott módon áll, hanem a 2.3 ábrán látható módon. A menetiránnyal párhuzamos az X-tengely, az Y-tengely pozitív oldala keleti irányba mutat, a Z-tengely pozitív oldala nadír irányba mutat.

2.3 ábra: A műszer koordináta rendszere

-3-

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE A műszer három mérési módot ismer, ezek a következők: Scaled sensor mode, Angle mode és Nav mode. A 2.1 táblázatban látható, hogy az egyes módok során milyen mennyiségek mérésére képes az eszköz. Scaled sensor mode

Angle mode

X irányú gyorsulás Y irányú gyorsulás Z irányú gyorsulás Roll változás Pitch változás Yaw változás X irányú mágneses fluxus Y irányú mágneses fluxus Z irányú mágneses fluxus X irányú hőmérséklet Y irányú hőmérséklet Z irányú hőmérséklet CPU felületi hőmérséklet

Roll érték Pitch érték Yaw érték Roll változás Pitch változás Yaw változás X irányú gyorsulás Y irányú gyorsulás Z irányú gyorsulás X irányú mágneses fluxus Y irányú mágneses fluxus Z irányú mágneses fluxus Hőmérséklet

Nav mode Roll érték Pitch érték Yaw érték Roll változás Pitch változás Yaw változás X irányú sebesség Y irányú sebesség Z irányú sebesség Ell. hosszúság Ell. Szélesség Ell. feletti magasság

2.1 táblázat

Érdemes megemlíteni, hogy csak Nav mode-ban képes pozíció adatokat rögzíteni, ezért ennél a projektnél ez a mód került használatra. A pozíció adatok rögzítésénél Kálmánszűrőt is használ a műszer, a szűrő paramétereiről azonban a gyártó sehol nem tesz említést. A mérési eredmények alapján, amint azt később látni lehet (4. fejezet), azonban okunk van kételkedni a szűrés megfelelő működésében (a pozíció adatok, főleg a magassági, hirtelen nagy változása alapján arra lehet következtetni, hogy a Kálmán-szűrés nem működik kielégítően).

2.2 AHRS400CB A műszer méretei: 7,62*9,53*10,42 cm (2.4 ábra). Üzemi feszültsége 9-30 V-ig terjedhet. Működési frekvenciája a gyártó szerint 56 Hz, tömege ~770 g.

2.4 ábra: AHRS400CB

-4-

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE Ez az eszköz szintén három mérési módot ismer: Angle mode, Scaled sensor mode és Voltage mode. A mérési módok során mért mennyiségeket a 2.2 táblázat mutatja. Koordináta rendszere (2.3 ábra) ugyanaz, mint az előző fejezetben látott NAV420CA100-é. A projekt során Angle mode-ban volt használva a műszert. Angle mode

Scaled sensor mode

Voltage mode

Roll érték Pitch érték Yaw érték Roll változás Pitch változás Yaw változás X irányú gyorsulás Y irányú gyorsulás Z irányú gyorsulás X irányú mágneses fluxus Y irányú mágneses fluxus Z irányú mágneses fluxus Hőmérséklet

Roll változás Pitch változás Yaw változás X irányú gyorsulás Y irányú gyorsulás Z irányú gyorsulás X irányú mágneses fluxus Y irányú mágneses fluxus Z irányú mágneses fluxus Hőmérséklet

Roll érték Pitch érték Yaw érték X irányú gyorsulás Y irányú gyorsulás Z irányú gyorsulás X irányú mágneses fluxus Y irányú mágneses fluxus Z irányú mágneses fluxus Hőmérséklet

2.2 táblázat

2.3 Mérési adatok rögzítésére használt szoftverek Mindkét műszer saját szoftverrel rendelkezett, a NAV420CA-100-as vezérlése NavView, az AHRS400CB vezérlése Gyro-View szoftverrel történt. A 2.5 ábrán a Navview és a Gyro-view szoftverek felhasználói felülete látható, amint egyszerre futnak. A szoftverek National Instruments Labviewban íródtak.

2.5 ábra: Nav-view és Gyro-view

-5-

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE Mindkét program képes megjeleníteni az aktuális mérési eredményeket grafikonon és számszerűleg, valamint ezek Fourier transzformáltját. A műszerek irányítására saját fejlesztésű program is használható, mert a gyártó megadta a műszerek vezérléséhez használható parancsok listáját. A saját szoftver előnye az, hogy a két műszer egy programon belül vezérelhető, így a mérések is egyszerre indíthatóak. Készül a Fotogrammetria és Térinformatika Tanszéken is egy vezérlő szoftver, de a TDK készítésének időpontjában nem állt rendelkezésre semmilyen működő verzió.

3. MÉRÉSEK Összesen 6 mérés történt Budapest úthálózatán. 4 mérés a Szentendrei úton, valamint 2 mérés a közelben található Auchan áruház mögött. A 3.1 ábrán, 1:100000-es méretarányú topográfiai térképen ábrázolva, láthatóak az útvonalak (a 7.1 mellékletben megtalálható az összes útvonal részletes térképe). A műszereket és a laptopot egy hétköznapi Opel Astra személygépkocsi hordozta. A mérések időpontja az esti órákra esett (21 és 23 óra közé), hogy a nagy forgalom zavaró hatásai kevésbé érvényesüljenek.

3.1 ábra: Mérési útvonalak

A mérések során mind a két műszer párhuzamosan rögzített adatokat, így azok a mennyiségek, amelyeket mindkettő rögzített, később összehasonlíthatóak voltak. -6-


4. MÉRT ADATOK ELEMZÉSE 4.1 Mérési eredmények A mérések elindítása és leállítása a két különböző műszernél egyenként, manuálisan, történt, így nem lehetett őket egy időpontban indítani. A 4.1 ábrán jól látszik, hogy a mérések milyen átfedéssel történtek.

4.1 ábra: Mérések átfedése

A fájlba kiírt adatok formátuma az AHRS400-as műszernél a 4.2 ábrán látható. A NAV420-as hasonlóan néz ki, a különbség annyi, hogy ott több oszlop van (más adatokat rögzít). A fájl egy fejléccel kezdődik, ami tartalmazza a program nevét, amivel rögzítették az adatokat, a program verzióját, a műszer típusát, firmware-ének verzióját, a műszer szériaszámát, a mérés kezdetének időpontját, valamint a mért adatok mezőneveit mértékegységgel. Ezek után következnek a mérési eredmények.

4.2 ábra: Mérési adatok

-7-

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE Az adatok feldolgozása Matlab 7.0.4 szoftverben történt. A NAV420-as műszer hosszúság és szélesség mérési adataiból könnyedén elő lehet állítani a jármű trajektóriáját. Ezt megtehetjük az AHRS400-as műszernél is, de ott a gyorsulási adatokat kell felhasználnunk (csak a trajektória alakjának megjelenítésére jó). A 4.3 és 4.4 ábrán két mérési útvonal a NAV420 hosszúsági és szélességi, valamint az AHRS400 gyorsulási és szögadataiból számolt elmozdulások alapján megrajzolt trajektóriája látható. Mindkét ábrán látszik, hogy a gyorsulási adatokból számolt és a GPS mérésekből felrajzolt trajektória hasonlít egymásra, azonban nem egybevágóak. Az ábrázolás a többi mérésre vonatkozóan is elvégezhető, így látható a gépjármű gyorsulásából számított és valós trajektóriája. Sajnos a műszer pontatlansága miatt a gyorsulásból számított útvonalat nem lehet felhasználni semmire. A többi mérési adatot is könnyedén lehet ábrázolni az idő függvényében. A pitch értékek a gépjármű bólintását, a roll értékek a gépjármű oldalra dőlését, a yaw (heading) értékek a gépjármű elfordulását (Z tengely körül) mutatják (4.5 ábra). A mérési eredményekből látványos grafikonokat lehet előállítani, mint pl. a 4.9 ábrán látható roll grafikon, a 4.10 ábrán látható pitch grafikon és a 4.11 ábrán látható yaw (heading) grafikon. A magasságokból és koordinátákból (EOV transzformáció után) megrajzolható az útvonal magassági vonalvezetése. A 4.8 ábrán látható hossz-szelvény részleten, a jobb oldalon, a Szentendrei úton található Mozaik utcai felüljáró látható. A baloldalon látható ~35 m-es tüske a Kálmán-szűrő hibás működésére utal (a gépjármű vasúti felüljáró alatt haladt át). További hossz-szelvények a 7.2 mellékletben találhatók. A 4.6 és 4.7 ábrán a gépjármű sebesség térképe látható két különböző útvonalon. Ezeket a sebesség adatokat a GPS mérési eredményeiből számítja a program. A műszerek szögváltozás (angular rate) adatokat mérnek, így a roll, pitch és yaw értékek a mért változásokból számított adatok. A 4.12 és 4.13 ábrán a szög és a hozzá tartozó szögváltozás grafikon látható.

4.3 ábra: Szentendrei3 mérés

-8-


4.4 ábra: Auchan1 mérés

4.5 ábra: Roll, pitch, yaw (heading)

-9-


4.7 ábra: Sebességek, Szentendrei4 mérés

4.6 ábra: Sebességek, Szentendrei2 mérés

- 10 -


4.8 ábra: Szentendrei1 mérés hossz-szelvény részlet

4.9 ábra

- 11 -


4.10 ábra

4.11 ábra

- 12 -


4.12 ábra

4.13 ábra

- 13 -

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE Az előbbiek során említett adatok (a sebesség és gyorsulás kivételével), amint látható, mindkét műszernél mérésre kerültek. Ezeken kívül az AHRS400-asnál az X, Y és Z irányban mért mágneses fluxus (az erőtér egy meghatározott felületdarabján átmenő mágneses erővonalak száma) is ábrázolható (4.14 ábra), valamint ebből az eredő fluxus is számítható (4.15 ábra).

4.14 ábra

4.15 ábra

- 14 -


4.2 Műszerek működési frekvenciájának vizsgálata A két használt műszer mérési frekvenciája eltérő (AHRS400: 56 Hz, NAV420: 100 Hz), ezért fontos volt megvizsgálni, hogy a mérési időpontjaik, hogyan követik egymást, összehasonlíthatóak-e közvetlenül (vannak-e azonos időpontok), valamint, hogy a műszerek a névleges frekvencián működnek-e. A frekvencia az egymás után rögzített különböző pozíciók időkülönbségéből lett számítva. A vizsgálat során meglepő eredmény született (4.16 ábra).

4.16 ábra: Hisztogramok

A 4.16 ábrán jól látható, hogy az AHRS400-as műszer frekvenciája meg sem közelíti a gyártó által megadott értéket, hanem hol sűrűbben, hol ritkábban szolgáltatja az adatokat (54 és 61 Hz környékén üzemel). A NAV420 megközelítőleg a megadott, 100 Hz-es frekvencián működik (97-103 Hz-ig). A mérések időpontja nem esik egybe a két műszernél (4.17 ábra) a különböző frekvencia miatt. Jól látható, hogy két NAV420 mérés után jön egy AHRS400 mérés, ez 3-szor ismétlődik, majd egy NAV420 mérés jön egy AHRS400 mérés után. Ez a fentebb említett okokból adódik (AHRS400 frekvencia anomália).

4.17 ábra: A két műszer méréseinek sorrendje

- 15 -

GPS/INS MÉRÉSEK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE A NAV420-as műszerhez GPS antenna kapcsolódott. A kérdés az, hogy a mért pozíciók milyen frekvenciával érkeznek (4 Hz-es GPS!), és mi befolyásolhatja őket. A 4.18 ábrán az összes mérési útvonalhoz tartozó frekvencia látható. Az ábrán jól látszik, hogy nagyjából a GPS vevő 4 Hz-es frekvenciájával működik a rendszer, pedig azt várnánk, hogy a Kálmán-szűrő segítségével 100 Hz-en működjön. Bizonyos helyeken a frekvencia jelentős mértékben lecsökken (a grafikonon látható nagy tüskék helyén). Példaként a 4.19 és 4.20 ábrán láthatóak, a térképen piros körrel jelölve, azok a helyek, ahol két különböző útvonalon a frekvencia lecsökkent. Ez a két mérési útvonal (Szentendrei2 és Szentendrei4) átfedi egymást, de a kiugrások helye nem egyezik meg. Bár az a képen nem látszik, de a Szentendrei2 mérésnél (felülről a második piros kör) a kiugrás helye ott van, ahol a gépjármű egy vasúti felüljáró alatt haladt át. Érdekes megemlíteni, hogy a Szentendrei1 mérés során, amikor ugyanitt haladt át a jármű, ellentétes irányban, a frekvencia ábrán az ennek megfelelő helyen semmilyen kiugrás, jelentős eltérés a 4 Hz-től, nem látható.

4.18 ábra: Pozíciók frekvenciája

- 16 -




4.3 EOV koordináták A mérések során GPS segítségével WGS84 ellipszoidra vonatkozó hosszúsági, szélességi koordinátákat és ellipszoid feletti magasságokat rögzített a műszer. Ezeket a koordinátákat át kell transzformálni ahhoz, hogy a rendelkezésre álló, EOV vetületi rendszerben készült, 1:100000 Magyarország térképen ábrázolni lehessen őket. A transzformáció egy neurális hálózaton alapuló programmal lett elvégezve. A program, a Dr. Barsi Árpád által fejlesztett, Neutra 1.1-es volt, melynek kezelő felülete a 4.21 ábrán és 4.22 ábrán látható. A program Matlab fejlesztő környezetben íródott és csak azon belül futtatható. Az indítás után a Multi Point Transformation gombra kattintva a 4.22 ábrán látható ablak fogadja a felhasználót. Itt több koordináta hármas egyszerre történő átkonvertálására van lehetőség. A felhasználó kiválasztja az input file-t, ami az átkonvertálandó középponti derékszögű koordinátákat (ellipszoidi koordinátákból számítva) tartalmazza, majd megadja az output file-t és a Transform gombra kattintva a program kiszámolja az EOV koordinátákat.

4.22 ábra

4.21 ábra

- 17 -


4.4 Interpoláció Amint az a 4.2 fejezetben látható volt (4.17 ábra), a két műszer mérési eredményei nem esnek azonos időpontokra, tehát közvetlenül nem hasonlíthatóak össze. Míg bizonyos időpontoknál a NAV420-nak vannak adatai, addig ugyanott az AHRS400-nak nincsenek és ez fordítva is igaz. Ahhoz, hogy az egyes időpontoknál össze lehessen hasonlítani az adatokat, interpolálni kell minden műszernél a hiányzó időpontokra. Az interpoláció legmegfelelőbb fokának és típusának meghatározása érdekében háromféle interpolációtípus került vizsgálatra. Az első egy egyszerű elsőfokú, lineáris interpoláció, a második harmadfokú polinomos, a harmadik pedig egy harmadfokú spline interpoláció. A 4.23 ábra a 4 adott és a két közbenső időpontra interpolált pontot mutatja. A 4.24 ábrán, ami a 4.23 ábrának egy kinagyított részlete, jól látható, hogy a különböző interpolációs módszerek által interpolált pontok (sárga, fekete és kék pontok) között nagyon minimális a különbség, ezért, valamint a nagy adatsűrűség miatt (másodpercenként ~100 ill. ~56 adatsor) nem érdemes lineáris interpolációnál magasabb fokút alkalmazni, így a lineáris interpoláció került alkalmazásra. Mindkét műszernél, minden mért mennyiségre, a hiányzó időpontokra, az adatok interpolálása megtörtént. Ennek segítségével lehetett például olyan adatokat is térképen ábrázolni, amit csak az AHRS400-as műszer mért (pl.: mágneses fluxus).

4.23 ábra: Interpolált pontok

- 18 -


4.24 ábra

4.5 Mérési eredmények közvetlen összehasonlítása Az interpolációt követően lehetőségünk van mindenegyes mérési időpontban összehasonlítani az egyes mérési eredményeket. Így meg lehet állapítani, hogy a két műszer között milyen különbségek vannak. A 4.25 és 4.26 ábrákon a két műszer által mért roll és pitch értékek különbsége látható, minden mérésnél. Jól látszik, hogy nagy különbségek vannak a két eszköz között. A különbségek előjele változó és a görbék alakja sem egyezik meg a különböző mérések között, így nem becsülhető egyik műszer mérési eredményeiből sem a másik mérési eredménye. A különbségek nem egyenes arányban változnak az idővel. A yaw (heading) értékeknél a várható eredmény az lett volna, hogy az AHRS400-as mérési eredményei folyamatosan távolodnak az idő múlásával a NAV420-as mérési eredményeitől, hiszen a NAV420-as mérési eredményeit, a GPS által mért adatokkal, a Kálmán-szűrés javítja. Bizonyos méréseknél valóban nőtt a különbség, az idő múlásával szinte egyenes arányban (ilyen a Szentendrei1 mérés, 4.27 ábra), de volt olyan mérés, ahol csökkent a különbség (Szentendrei4 mérés, 4.28 ábra.). A két ábra azt bizonyítja, hogy a műszerek nem előrebecsülhetően működnek. A vízszintes pozíciókról elmondható, hogy az eddigi vizsgálatok alapján mobil térképező rendszerben használhatók, a magassági adatok azonban nem kellően megbízhatók. A melléklet (7. fejezet) tartalmazza az összes útvonalat, térképen ábrázolva.

- 19 -


4.25 ábra: Roll különbségek

4.26 ábra: Pitch különbségek

- 20 -


4.27 ábra: Yaw különbségek, Szentendrei1

4.28 ábra: Yaw különbségek, Szentendrei4

- 21 -


4.6 Fluxus vizsgálat Az összes mérési útvonalon történt fluxus mérés (X, Y és Z irányú), ezeknek az eredője látható a 4.29 ábrán.

4.29 ábra

A mágneses fluxus értékéről elmondható, hogy a mérések során 0,2 és 0,4 gauss körül mozogtak. Megfigyelhető volt az, hogy ha a gépjármű déli irányból északi irányba mozgott a fluxus értékek ~0,4-0,5 gauss értékűek voltak, míg ellenkező irányú mozgás esetén ennek az értéknek a fele ~0,2 gauss értékeket mért a műszer. Jelen pillanatban nincs magyarázata erre a jelenségre a TDK készítőjének. A mérések során két nagy kiugrás volt a fluxus értékekben, amelyek a Szentendrei1 és Szentendrei2 méréseknél figyelhetők meg. A 4.30 ábrán látható, hogy mindkét mérési útvonalon ugyanazon a helyen, a Rómaifürdő buszmegállónál nőtt meg hirtelen a fluxus. Érdekes lehet még megvizsgálni a Szentendrei3 mérés fluxus ábráját. Ezen az útvonalon a gépjármű többször keresztül hajtott egy körforgalmon. A fluxus ábrán (4.29 ábra, Szentendrei3 mérés), ahol a fluxus hullámzik,ott a gépjármű a körforgalmon hajtott keresztül. A 4.31 ábrán tematikusan is ábrázolva vannak ennek a mérésnek a fluxus értékei. Megfigyelhető, hogy a körforgalom két átellenes részén van az ingadozás két szélső értéke (hullámhegy, hullámvölgy).

- 22 -


4.30 ábra: Hirtelen megváltozott fluxus helye

4.31 ábra: Fluxus térkép

- 23 -


4.7 Úthullámosság Az Auchan1 és Auchan2 mérésnél az útburkolat hullámos volt, a szabályos közönként beépített esővíz elvezető lefolyók miatt. Mivel az utazás komfortját érezhetően negatív irányba befolyásoló volt a hullámosság, ezért valószínű volt, hogy a mérési eredményekben is jelentkezni fog. A 4.32 ábrán az Auchan1 roll mérés (roll görbe és a normált roll görbe) azon részlete látható, ami akkor készült, amikor a gépjármű a hullámos útburkolaton hajtott keresztül. Jól látszik, hogy a görbe hullámos, ez azt valószínűsíti, hogy a mérési eredmények az útburkolatról is adnak visszajelzést.

4.32 ábra

Az úthullámosság elemzésének első lépéseként a hullámhegyek távolságának meghatározása történt meg. Ennek eredményét a 4.33 ábra mutatja. Az ábrán látszik, hogy a hullámhegyek nem egyenlő távolságra vannak egymástól, pedig a helyszínen úgy tűnt, hogy a lefolyók távolsága megegyezik. Második lépésként a normált görbe Fourier transzformáltja készült el (4.34 ábra), aminek alkalmazása bevett szokás a jelfeldolgozásban. Ennek segítségével a tetszőleges periodicitású jel (jelen esetben a roll görbe) hullámösszetevőkre bontható szét és meghatározhatóak azok a frekvenciák, amelyek jelentősen befolyásolják a görbe jellegét. A 4.34 ábrán látható a Fourier elemzés eredménye, azért csak a fele látható a teljes eredménynek, mivel az ábra teljesen szimmetrikus, így csak a baloldala lett ábrázolva. Sajnos további elemzésre lenne szükség ahhoz, hogy meg lehessen határozni ezekből, az eredményekből a hullámosságot okozó jelfrekvenciákat. Az idő rövidsége miatt erre nem került sor, de a későbbiekben egy másik projekt keretében meg fog történni.

- 24 -


4.33 ábra: Hullámhegyek távolsága

4.34 ábra: Fourier transzformáció eredménye

- 25 -


5. KONKLÚZIÓ ÉS KITEKINTÉS Az általunk vizsgált Crossbow INS-műszerek az olcsóbb kategóriába tartoznak. Tapasztalataink szerint a NAV420-as műszerbe beépített Kálmán-szűrő igen leegyszerűsített, a GPS-mérések kiugró értékeit (pl. magasság) nem csillapítja, az inerciális méréssel meghatározott paraméterekkel csak nagyon kis mértékben befolyásolja a helymeghatározást. A szögek meghatározásában viszont a GPS ellenőrző hatása érvényesül, ahogy a yaw-ábrákon összehasonlítottuk. A pozíció számításának tapasztalati frekvenciája (~4 Hz) is csak a GPS-mérés frekvenciájával egyezik. A műszerekkel mért mágneses fluxusban érdekes megfigyeléseket tettünk, amely tapasztalatainkat további terepi méréssel fogjuk ellenőrizni: É-D-i szabályosság fedezhető fel az eddig elvégzett mérésekben. Tervezzük, hogy teljesen más helyszínen, más időpontban, más mérési körülmények között tovább vizsgáljuk e jelenséget. Az INS berendezéssel az útburkolat hullámosságára lehet objektív mérést végezni; ezt igazoltuk a roll adatokból levezetett hullámosság vizsgálatakor. Az úttervező és -építő szakmában elterjedt mérőszámokat tervezzük meghatározni az INS-sel végzett mérésekből, továbbá teljeskörű Fourier jelelemzést szeretnénk végrehajtani. A tesztelt AHRS berendezés mérsékelten tűnik mobil térképező rendszerbe építhetőnek, a NAV420-as külön írt Kálmán-szűrővel talán integrálható.

- 26 -


6. IRODALOMJEGYZÉK [1] Crossbow: AHRS400 Series Users Manual [2] Crossbow: NAV420_Series_Manual_7430-0121-01_B [3] The Mathworks Inc.: Matlab 7.0.4 Help [4] Kraus, K.: Photogrammetrie – Band 1, Walter de Gruyter, Berlin, 2004 [5] Bronstein, I.N. – Szemengyajev, K.A. – Musiol, G. – Mühlig, H.: Matematikai kézikönyv, Typotex, Budapest, 2000 [6] Farrel, J.A. – Barth, M.: The Global Positioning System & Inertial Navigation, McGraw Hill, New York, 1999 [7] McGlone, J.C. (Ed.): Manual of Photogrammetry, ASPRS, 2004

- 27 -


7. MELLÉKLET 7.1 Mérési útvonalak

M1: Szentendrei1 mérési útvonal

- 28 -



- 29 -



- 30 -



- 31 -


M5: Auchan1 mérési útvonal

- 32 -


M6:Auchan2 mérési útvonal

- 33 -


7.2 Hossz-szelvények

H1: Szentendrei1 hossz-szelvény


- 34 -




- 35 -


H5: Auchan1 hossz-szelvény

H6: Auchan2 hossz-szelvény

- 36 -

INS mérések térinformatikai elemzése

Recommend Documents