自主海洋導(dǎo)航中最大的3個(gè)定位挑戰(zhàn)
海上自治的趨勢及其背后的全球定位系統(tǒng)技術(shù)
海運(yùn)業(yè)正出現(xiàn)在公海和內(nèi)陸的導(dǎo)航自動(dòng)化趨勢。勞埃德船級(jí)社預(yù)測,到2035年,海運(yùn)業(yè)將轉(zhuǎn)向完全獨(dú)立于航海業(yè)和內(nèi)陸船舶,時(shí)間表與汽車業(yè)相似。
圖1:來自勞埃德登記冊的船舶自主權(quán)演變預(yù)測和自主權(quán)水平(ALL)(見腳注1)。
全球定位系統(tǒng)在自主船舶的導(dǎo)航中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,提供了定位信息,使船舶能夠在港口周圍安全航行,停留在預(yù)定路線上,并在目的港停靠。在內(nèi)河航行中,船舶之間的距離可以在一個(gè)緊密的船閘空間內(nèi)降至1米,因此需要有最高定位精度和可靠性的定位解決方案。
為什么要在內(nèi)陸進(jìn)行海洋自動(dòng)化?
目前只有6%的內(nèi)陸運(yùn)輸是通過水道進(jìn)行的,而與鐵路和公路運(yùn)輸相比,水運(yùn)實(shí)際上更節(jié)能、更安全。優(yōu)化路線和燃料效率,增加貨運(yùn)空間和節(jié)省人力資源,只是自動(dòng)化幫助內(nèi)陸游艇所有者增加利潤,在運(yùn)輸市場獲得競爭優(yōu)勢的方式之一。
圖2:水運(yùn),一種節(jié)省燃料的貨運(yùn)方式(見腳注2)
在遠(yuǎn)程操作中心的船長負(fù)責(zé)監(jiān)測自主駁船,同時(shí)監(jiān)測數(shù)艘無人駕駛船只的航行情況,如果需要,可以進(jìn)行干預(yù),以接管導(dǎo)航控制。
與海上運(yùn)輸不同的是,內(nèi)陸駁船需要在通過船閘、橋下和城市附近地區(qū)的狹窄水道上航行,所有這些都為準(zhǔn)確和持續(xù)的定位解決方案提出了一些工程挑戰(zhàn)。
內(nèi)陸海洋自動(dòng)化的三大定位挑戰(zhàn)
1:在存在極端多徑情況下的亞標(biāo)尺精度
狹窄的內(nèi)河航道、船閘系統(tǒng)和港口需要船只以最精確的方式航行,有時(shí)只需在經(jīng)過的船只之間留下幾米。對接和脫離對接的演習(xí)需要遠(yuǎn)程船長的特別注意,誰監(jiān)測的過程。為了正確地判斷情況,如果需要遠(yuǎn)程操縱船舶,遠(yuǎn)程船長需要知道船舶的精確位置降至亞標(biāo)度。
多徑誤差是由于全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)反射到附近的建筑物,如鎖墻、橋梁、建筑物和其他船只。多徑延遲全球定位系統(tǒng)信號(hào),降低了船舶位置的準(zhǔn)確性和可靠性。另一個(gè)影響定位及其精度的因素是全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星的能見度。當(dāng)船降至船閘時(shí),船閘墻將船到全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星的視線阻擋,導(dǎo)致用于定位計(jì)算的信息丟失。
溶解物 *通過接收信號(hào)校正(通常稱為:
rtk更正 -從當(dāng)?shù)氐幕净蛲ㄟ^手機(jī)連接。其他更正,如SBA或購買力平價(jià),提供了從地球靜止衛(wèi)星上進(jìn)行的次標(biāo)尺定位和使用校正。
內(nèi)置多路徑減緩算法,如七重奏的
阿普梅+ 能夠檢測和最小化多徑錯(cuò)誤的影響。跟蹤多個(gè)信號(hào)頻率和多個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星群確保了冗余,從而使全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器總是有足夠的測量數(shù)據(jù)來提供準(zhǔn)確的位置:全球定位系統(tǒng)、全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、伽利略、北斗是四個(gè)主要的定位系統(tǒng)星座。
圖3:不同水平的定位精度取決于該接收器使用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器和校正。
2:干擾:干擾和欺騙
干擾對小型水道造成的挑戰(zhàn)比在公海要大得多。干擾是指無線電波、蜂窩通信線路或
嗡嗡聲干擾器 ,是司機(jī)為避免道路收費(fèi)而使用的干擾裝置。
非故意干擾 也可能是由于船上的各種設(shè)備,如雷達(dá)、無線電、天線和衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。干擾造成的干擾降低了位置的精確度,甚至?xí)斐蒅PS定位在干擾源周圍數(shù)百米半徑內(nèi)的損失。
當(dāng)干擾在GPS頻帶上造成隨機(jī)噪聲時(shí),欺騙用錯(cuò)誤的位置信息取代衛(wèi)星發(fā)送的位置信息。欺騙裝置可能會(huì)被用來擾亂船只的軌跡,使其容易被盜竊甚至劫持。
溶解物 ::干擾減緩算法,如七重奏的
高級(jí)干擾減緩確保在面臨干擾或欺騙時(shí)的可靠定位。他們識(shí)別干擾頻率,并將其排除在他們的位置計(jì)算之外。圖形頻譜分析器幫助評(píng)估干擾頻率和識(shí)別干擾源。
3:船只管制所需的可靠船頭資料
船頭是船在水中的方位,由于水流和風(fēng)的作用,可能不同于速度矢量。只有獲得精確的船頭信息,遠(yuǎn)程船長才能在地圖軟件中想象出船只的全部長度。傳統(tǒng)的磁指南針解決方案對該地區(qū)的大型金屬物體很敏感,并可能受到船閘、橋梁以及其他經(jīng)過附近的船只的影響。更先進(jìn)的陀螺儀解決方案也是可用的,而且通常更可靠,但價(jià)格太高,是小型駁船自動(dòng)化項(xiàng)目的組成部分。
溶解物 :船上的兩個(gè)天線相距幾米。一個(gè)雙頻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器使用精確的天線定位信息來確定下降到0.01°的方位角。
用戶故事:
西法爾 是一家比利時(shí)公司,它開拓了貨運(yùn)船自動(dòng)化技術(shù),并提供無人駕駛游艇監(jiān)測服務(wù)。西法爾有一個(gè)集成的七重音雙天線,多頻率,多星座 收信人 進(jìn)入他們的自主船只技術(shù),為船只的監(jiān)測和控制提供次標(biāo)尺定位。該接收器的堅(jiān)固的外殼是理想的惡劣的室外海洋環(huán)境。雙天線的設(shè)置提供了精確的方向信息和可靠的定位.
西法爾的獨(dú)立海運(yùn)船,七架全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)安裝在里面。
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