Test i Aarhus: Mobil robot navigerer med 0,75 centimeters præcision
Når du slår GPS’en til i din bil for at finde vej, så accepterer du typisk en usikkerhed på et par meter. Men når græsset skal slås på den lokale folkeskole, eller fodboldklubben skal have kridtet banen op, så er præcision noget mere afgørende, når man skal vurdere om det smart at automatisere processen med en robot, eller om det skal foregå på den gode gamle manuelle facon.
Frem til i dag har de traditionelle navigationssystemer enkeltvis kun givet en nøjagtighed på ned til et par meter, og vil man have den usikkerhed reduceret til få centimeter, er man nødt til at etablere basestation der kan bruges til at korrigere for fejl ved at måle op mod andre navigationssystemer, f.eks. det russiske Glonass.
Det er en dyr og besværlig løsning, som gør, at den kun bruges til omkostningstunge processer.
Men i Aarhus har Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering (SDFE) netop indviet 11 basestationer, der kombinerer satellitdata fra det amerikanske GPS, det europæiske Galileo, russiske Glonass og kinesiske Beidou-satellitsystem, så virksomheder og offentlige institutioner kan teste meget nøjagtig positionering på ned til én centimeters nøjagtighed.
»Det her får enorm betydning for udviklingen af fremtidens samfund, ikke bare i Danmark. Med Tapas-projektet sikrer vi, at Danmark er på forkant med udviklingen af super-præcis positionering via satellitter. På sigt kan virksomheder og myndigheder bruge teknologien, så de kan udvikle og teste nye produkter og services. Jeg ser enorme potentialer, som i sidste ende kommer den enkelte borger til gode,« siger energi-, forsynings- og klimaminister Lars Chr. Lilleholt i en pressemeddelelse.
Positioneringssystemet er udviklet af DTU Space med Lars Stenseng i spidsen.
Hvert femte sekund får modtagerne i navigationsudstyret, f.eks. i en mobil robot, sendt korrektioner for den ‘fejlvisning’, der er på dens egen enhed. Dermed kan det bestemme sin position inden for én centimeter.
Robotter skal have egen basestation
En af første virksomheder der har koblet deres udstyr på Tapas-netværket er den vestjyske robotvirksomhed Conpleks Robotech, der udvikler softwareløsninger til selvkørende, udendørs, mobile robotter. Virksomheden har blandt andet udviklet software til Intelligent Marking-robotten, der automatisk kridter fodboldbaner op. I dag laver Conpleks Robotech selv den nødvendige korrektion på hvert enkelt robotapplikation.
»Basestationer skal stå med en maksimal afstand på syv kilometer, hvis du vil ned på en præcision på under én centimeter. Så i dag skal du oftest ud og installere din egen basestation for at kunne korrigere satellitsignaler, så præcisionen bliver så tilpas nøjagtig. Men det er både fordyrende og øger kompleksiteten at skulle etablere egne basestationer, når man gerne vil automatisere en opgave med selvkørende robotter,« siger Tom Simonsen, adm. direktør i Conpleks Robotech.
Nøjagtighed på 0,75 cm
Indtil videre har Conpleks Robotech testet en udendørs mobilrobot til græsslåning.
»Vi har testet en udendørs industriel robotplæneklipper i Aarhus de seneste uger på Tapas-nettet. Vi kan opnå en meget høj nøjagtighed på grund af de mange basestationer,« siger Tom Simonsen.
I et par uger har virksomheden haft udstyr på netværket et par uger, og det er gået over al forventning.
»Vi bliver ofte målt meget hårdt på, hvor præcist vi kan navigere vores robotter, uanset hvilken opgave vi skal løse. Så behovet for referencesignaler bliver bare større i fremtiden. Vi fortsætter med at teste forskellige applikationer på Tapas-nettet frem mod jul. Indtil videre har vores systemer meldt om en oplevet nøjagtighed på ned til 0,75 centimeter, så det er meget positive erfaringer indtil videre,« siger direktøren.
Han håber derfor, at Danmark på sigt kan få et landsdækkende netværk der minder om Tapas-nettet i Aarhus.
»På den korte bane kan vi gøre vores eksisterende robotløsninger billigere, men på sigt vil vi og andre kunne nye udvikle applikationer, der kræver en høj nøjagtighed, f.eks. selvkørende biler eller hjælpemidler til handicappede, som vi ikke kan lave i dag,« siger Tom Simonsen.
De 11 basestationer skal ikke bare bruges af private virksomheder til at teste nye applikationer med et præcist positionssystem. Også forskerne vil bruge de supernøjagtige modtageenheder til at udvikle en meget høj datakvalitet af signaler fra navigationssatellitter (GPS, Glonass og Europas Galileo, red.). Blandt andet tages der højde for byrum samt forstyrrelser i atmosfæren, troposfæren og iononsfæren, så der eksempelvis kan korrigeres for f.eks. et regnvejr, der i dag faktisk kan påvirke signalets nøjagtighed med flere centimeter.
Ideen er, at sådan et system kan være en del af den korrektionsmodel, som Galileo-satellitterne kan bruge, så positionering baseret på dem kan blive centimeter-præcis – og dermed langt mere præcis og pålideligt end GPS-systemet. For at Galileo skal fungere, kræves referencestationer som Tapas-stationerne på jorden.
Hovgaards overskrift:
Og i teksten
Wow. Hvor er Hovgaards omsætningstabel?
Alt afhænger af prisen. Firmaet u-blox har lanceret en GPS modtager-hybrid-chip, der indeholder et RTK-modul, så enhver kan opnå en positioneringsnøjagtighed på under 1 cm (= 10 mm Hovgaard).
Og gælder det græsplænen, kan man oprette sin egen basisstation, så man er uafhængig det omtalte TAPAS, som alt andet lige er langt mere unøjagtigt til relativ positioneríng end et system med egen basisstation - simpelthen fordi de forskellige skøn af de relative afvigelser er mindre, jo tættere den mobile enhed (plæneklipperen) er på basisstationen.
Og selvfølgelig er de absolutte koordinater ligegyldige, når man bruger egen basisstation.
Der findes adskillige hobbyprojekter, der har implementeret relativ positionering med sub-cm-nøjagtighed vha. GPS + RTK i forhold til egen basisstation med enheder fra u-blox – hvad enten det er til droner eller plæneklippere.
Hovgaard, hvad er din nyhed ?
Du da vist en trold?!
Men du skal selvfølgelig være velkommen til at medbringe din basisstation, når vi om lidt kobler teknologier større end en ´harmløs´ plæneklipper på systemet.
Men på den anden side håber jeg ikke, at dit hjemme hobby udstyr for lov til at tage magten over en mejetærsker.
Og ja der har nok sneget sig en konverterings-, taste-, slå-fejl ind i artiklen. Men heldigvis bliver de jo hurtigt rettet, med så kvikke læsere som Ingeniøren har.
Så hvad er egentlig din pointe?
Du kan selv være en trold. I din lilleputverden er det åbenbart OK, at 0,75 cm = 75 millimeter. Ikke i min.
Jeg har købt mine enheder hos Drotek i Sydfrankrig. Check selv efter på drotek.com.
Jeg kender ikke din forbindelse til projektet, men uden RTK-teknologi, kommer du ikke i nærheden af sub-cm nøjagtighed med GPS systemer.
Så svar mig, hvis du har nogen forbindelse til projektet. Benytter I ikke GPS-RTK teknologi, og hvilke chips bruger I, hvis det ikke er fra ublox? (OK, der findes et par andre udenlandske firmaer).
Det er dig, der er troll, for enhver med den mindste smule forstand på GPS-positionering ved, at jo tættere du er på en basis-station, jo nøjagtigerer bliver dit postionsestimat i forhold til samme basisstation.
Jeg savner enhver teknisk indvending på mit skriv fra din side. Det eneste du i dit teknisk armod evner, er at påstå trollerier.
Jeg er lutter øren for fag-tekniske argumenter.
Svar nr. 2, som egentlig fremgår af mit oprindelige indlæg, men som gentages her, for Fragstrup:
Et hobby RTK-GPS system med en lokal basisstation på matriklen er langt mere præcis end det i artiklen omtalte system, alene af den grund, at det er afstanden mellem mobil enhed til basisstationen eller netværket af basisstationer, der er afgørende for et præcist positionsestimat, der som bekendt forstyrres af forskelle i signalløbetider fra GPS-satellitten pga. af atmosfæriske forstyrrelser.
Fra artiklen:
Det har intet med Glonass at gøre.
Teknikken har i modsætning til, hvad der fremgår af artiklen, været kendt længe. Hvis man har en alm. GPS-basisstation med en kendte koordinater, kan man med RTK-GPS-teknologi udregne en mobil enheds position i forhold til basisstationen, eller netværket af basisstationer med cm-nøjagtighed.
Teknikken har været kendt i årevis og benyttet af professionelle firmaer som f.eks. Gimble. Det eneste nye er, at RTK-GPS teknologien i de seneste par år er bragt ned på chip-niveau og der med hvermandseje af firmaer som f.eks. Skytraq og u-blox, hvor prisen pr. enhed er i størrelsesordenen 100 € .
Det eneste nye er etableringen af et tæt netværk af basisstationer. Men som sagt vil det mest præcise altid være at oprette egen basisstation tæt på den mobile enhed.
RTK-GPS chips er blevet alm. tilgængeligt, fordi chip-fabrikanter ser et fremtidigt marked for førerløse biler.
Læs. f.eks denne artikel i Ingeniøren fra 2017:
https://ing.dk/artikel/galileo-paa-frederi...
Og når nøjagtigheden her anføres til 3 cm skyldes det udelukkende, at høje bygninger skygger for frit udsyn til GPS-satellitterne.
Personangreb er altid det bedste udgangspunkt for debat. Hvad du måtte have af fornuftige indslag til debatten drukner i det!
Det har du selvfølgelig ret i, og jeg vil gerne undskylde for de hårde ord i overskriften.
Når artiklens hovedpunkt er en omtale af forbedret positionsnøjagtighed, er det sørgeligt at den slags fejl (0,75 cm vs. 75 mm) ikke er fanget i korrekturlæsningen.
I øvrigt hedder det kinesiske system BeiDou og ikke artiklens Beudu.
Glimrende, men hvad har den maksimale afvigelse været, og hvad har rms-afvigelsen været ved rundkørsel på en typisk testbane på f.eks. 50 x 100 meter?
Du må jo være ny her i forummet. Havde du været her tidligere så ville du vide at det er god stil at skrive direkte til journalisten hvis man opdager en fejl i artiklen.
Det er også god stil at læse debatregler er inden man kaster sig ind i debatten:
Henvendelser om stavefejl og lignende, der ikke er kommentarer til artikler, skal sendes direkte til journalisten ved at klikke på vedkommendes navn øverst i artiklen.
Vi tolererer ikke personangreb.
Og fra rådene til at skrive et godt debat indlæg:
Fortsat god debat.
Jesper Thusgaard skrev:
Du har øjensynligt ikke læst mit indlæg lige før dit, hvor jeg med fede typer gør afbigt og gerne gør det igen.
Ingeniøren vil gerne fremstå som et teknisk tidsskrift. Derfor er det afgørende for troværdigheden, at hovedpointen i artiklen ikke kan misforstås. Jeg nævner jo ikke fejlstavningen af det kinesiske system, som i sammenhængen er ligegyldig. Og jeg undskylder gerne en ekstra gang.
Du henviser til debatreglerne. Sjovt nok skipper du selv debatregel nr. 1:
Dit bidrag mht. emnet har pt. været lig nul, og for at nærværende indlæg ikke havner i samme teknisk fattige skuffe som dit, skynder jeg mig at tilføje:
Det er tankevækkende, at en usikkerhed på 7,5 mm på positionsmålingen svarer til en usikkerhed på 25 x 10E-12 sekund (25 milliontedel mikrosekund) på tidsmålingen!
Der skal ikke være store forskelle i luftens (atmosfærens) brydningsindeks (f.eks. lokale tågebanker) på forskellige punkter i dækningsområdet, for at skabe en forskel i tidsforsinkelsen i ovennævnte størrelsesorden.
Jeg må derfor spørge deltagerne i projektet, om det usædvanligt gode positionsestimat er ønsketænkning, eller om det kan dokumenteres med måleserier?
Jeg tror at du har ret i at det var lige før, for det var der ikke da jeg begyndte at skrive.
Der er tydeligvis nogen i denne debat der ved noget om emnet ;-)
Nå, er der nogen der kan anbefale mig en enhed, som er noget mere præcis end min telefon.
Jeg graver fiberkabler ned og vil gerne have deres position registreret (logget), så jeg kan tegne dem ind på mit GIS kort.
Kan man for et fornuft beløb (max et par tusinde kr.) købe en enhed, der kan registrere positionen med mindre end 50 cm nøjagtighed ?
Links til enheder modtages med glæde :-)
Kære deltagere i debatten
Ingeniøren er et teknisk tidsskrift, der henvender sig til en bred målgruppe. Det gør naturligvis, at der skal være styr på alle detaljer. Kravet om nøjagtighed er og skal være større til os. Men derfor kan der jo godt opstå fejl undervejs. Det er ikke fejl, der skyldes manglende indsigt eller faglighed hos vores journalister. Det er der vist ingen, der vil påstå. Men det er fejl der sker overalt, hvor mennesker arbejder og producerer.
Vi retter med det samme, når vores opmærksomme og indsigtsfulde læsere gør os opmærksom på det. Og som I selv peger på: Helst direkte til journalisten, så vi kan få rettet med det samme.
Men gå efter bolden - ikke manden.
Og hold en saglig, faglig tone hvor vi kan berige det journalistiske indhold herfra med jeres omfattende viden og perspektiv. Det er ofte den kombination, der gør vores site til noget særligt og læseværdigt. Synes vi selv, i hvert fald.
Og endelig: Jo - naturligvis er der tale om en nyhed, når der mellem flere parter samarbejdes med at etablere præcision i denne skala til test af fremtidig teknologi. Teknologien kan som i mange andre projekter, vi beskriver, sagtens eksistere i andre sammenhænge. Men det gør ikke dette projekt mindre relevant.
mvh Henrik Heide
Redaktionschef
Tilbage til emnet.
Har jeg overset noget, eller stiller denne nøjagtighed ikke store krav til placeringen af antennen?
Reach RS fra Emlid til $699 er en komplet løsning. Den kan både bruges som base og som mobil enhed (også kaldet rover) til at indsamle punkter.
Hvis du vil have din egen base skal du bruge (mindst) to af dem. Alternativt kan du tegne abonnement hos gpsnet.dk og få adgang til deres netværk af baser.
Den har tre "modes":
Single: uden kommunikation med en base fungerer den som en almindelig GPS og er i mode "single".
Float: initielt efter at have etableret kommunikation med basen vil den være "float". Nøjagtighed er cirka 1 meter.
Fix: efter noget tid skifter den til "fix". Her er nøjagtigheden 7 mm + 1 mm/km afstand til basen.
Den kommunikerer med basen via LoraWan der siges at kunne række "op til" 10 km. Alternativt kobler den op til internet via wifi deling fra en mobiltelefon. Jeg har kun prøvet det sidste.
Hvis du vil opsætte din egen base, så skal du først kende basens nøjagtige position. Du indkoder derefter denne position i opsætningen på basen. Det er ikke tilstrækkeligt at lade den selv finde positionen. Selvom den står i flere dage og sampler, så kan der nemt være bias i en retning, så at du ikke rammer helt præcist.
Den nemmeste måde at finde base position er at tegne et abonnement hos gpsnet.dk. Så bruger du deres service kortvarigt til at få din base position. Fordelen er også at du har adgang til gpsnet, hvis du en dag synes du er for langt fra din egen base.
En anden måde er at finde et såkaldt fiks-punkt. Der er en offentlig database over dem her: https://gst.dk/matriklen/matrikulaer-sagsb.... Et fiks-punkt er et genkendeligt mærke i landskabet, som landmålere har indmålt den præcise position af. Du stiller din rover på fiks-punktet og konfigurerer den midlertidigt som base. Nu kan du så lade din rigtige base bruge din rover som base og få den nøjagtige position. Til sidst bytter du tilbage igen.
Min erfaring med systemet er at det fungerer ok. Der er dog problemer med godt og dårligt "gps vejr". På gode dage kommer den hurtigt fra "float" til "fix". På dårlige dage kan det tage en halv time og den kan miste fix og gå tilbage til float vilkårligt. Og på rigtige dårlige dage vil den måske slet ikke fange fix. Jeg har derfor ikke rigtigt ture sætte mit mandskab til at bruge systemet, da jeg frygter de bliver for frustreret når det ikke altid virker.
PS.: Jeg synes også at ing.dk skylder os at lave en artikel, hvor der fokuseres på forskellen mellem det de har lavet i Aarhus og det der i årevis har været tilgængeligt hos gpsnet og andre kommercielle netværk af baser (der er vist omkring 2-3 net i Danmark). Eventuelt også med interviews af nogle fra de kommercielle for at få sagen fra mere end én side.
Lyder som et glimrende system som alle danskere kunne få brug for (hvis de da bevæger sig mere end nogen få meter væk fra deres base station). Hvorfor skal det være et abbonnements system. Den almindelige dansker (bilejer og specielt bådejer ville da godt have en højere nøjagtighed end den vi ser idag på vores navigationssystem. Det må da samfundsøkonomisk kunne betale sig at lade det være frit. Så meget kan det da ikke koste at sætte et grid op. Mangler også lidt oplysning om hvor præcist det er in real life og ikke ideelt.
Henrik Heide skrev:
Det kan i den grad diskuteres. Systemet er velkendt og har været udbredt adskillige steder og i mange år.
Hvis redaktionen er af en anden mening, er jeg lutter øren og retter gerne ind.
Nyt er i min optik, at chip-firmaer som taiwanesiske Skytraq og svejtsiske u-blox indenfor de sidste år har lanceret GPS-chips med indbygget RTK- kerne (Real Time Kinematics), fordi de formentlig forventer, at teknologien vil indgå i fremtidens (førerløse) biler. Dvs. markedet bliver enormt.
u-blox har i næsten et år haft deres NEO-M8P chip med cm præcision til en pris på under 100 €, og har for ganske nylig lanceret en forbedret udgave ZED-F9P med endnu bedre præcision og kortere synkroniseringstid.
Man kan endog for den beskedne pris af 359 € købet et testsæt C94-M8P, som består af både en basestation og en mobilstation inklusive 2 UHF enheder til gensidig kommunikation, 2 GPS antenner og 2 UHF-antenner og 2 stk. jordplan for antennerne (med et fornuftigt jordplan kan man selv med alm. GPS-antenner opnå rimelig præcis modtagelse).
(Jeg har ingen kommerciel forbindelse til u-blox, men har på hobby-basis brugt deres enheder).
Henrik Heide, hvad nyt er der i Aarhus-systemet? Det eneste jeg kan se, er at der er oprettet et netværk af basisstationer i Aarhusområdet. Lignende netværk findes andre steder.
Kan du ikke venligst tydeliggøre, hvorved Aarhusnetværket er forskelligt fra eksisterende netværk?
Jeg kan ikke se det.
Men der går nok noget tid før det kan lægges ud i den store verden, godt skridt på vejen.
For mig at se, er noget af det vigtigste en kollisions manager, hvis det skal ud i offentligheden.
Kunne man bruge elementer fra spil i den forbindelse, vil meget jo være lavet i forvejen.