Πώς το INS/IMU + GNSS λειτουργεί ως "φρουρός θέσης" σε έργα χαρτογράφησης LiDAR για σιδηροδρόμους και οχήματα

Σε έργα μετρήσεων σιδηροδρομικών γραμμών ή σε έργα σαρώσεως LiDAR που τοποθετούνται σε οχήματα, τα οχήματα συχνά ταξιδεύουν με υψηλότερες ταχύτητες μέσα από περίπλοκα και μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα: σήραγγες, ανυψωμένες γέφυρες, πυκνά δάση,ή αστικών πολυκατοικιώνΤα σημεία αυτά μπορούν εύκολα να αποδυναμώσουν ή να μπλοκάρουν εντελώς τα δορυφορικά σήματα (GNSS), προκαλώντας το αυτόνομο εντοπισμό θέσης GNSS να "πηδά" ή να παρασύρεται.Αυτό οδηγεί σε παραμορφωμένα 3D σύννεφα σημείων και ανακριβείς παράμετροι τροχιάς.

Εκεί είναι πουINS (Ινετικό Σύστημα Ναυσιπλοΐας)και το βασικό του συστατικόΜονάδα μέτρησης αδράνειας (IMU)Σκεφτείτε την IMU ως το ενσωματωμένο "γυροσκόπιο + επιταχυνόμετρο" του οχήματος, μετρά την επιτάχυνση και τη περιστροφή εκατοντάδες φορές ανά δευτερόλεπτο (συνήθως 200-1000 Hz).Ακόμη και αν τα σήματα GNSS σταματήσουν για δευτερόλεπτα ή περισσότερο, η IMU χρησιμοποιεί την "innercial memory" της για να υπολογίζει τη θέση και τον προσανατολισμό.

Ο χρυσός συνδυασμός: GNSS + IMU (Υπερ απλή έκδοση)

• GNSS: Σαν ένα "παγκόσμιο μάτι GPS", παρέχει απόλυτη θέση σε επίπεδο εκατοστών, αλλά μπλοκάρεται εύκολα.
• ΜΜΕΌταν τα σήματα εξαφανίζονται, "αντιλαμβάνεται" την επόμενη κίνηση με βάση τη φυσική.
• Σύντηξη (συνήθως μέσω αλγορίθμων όπως το φιλτράρισμα Kalman): Το GNSS διορθώνει τακτικά τα μικρά συσσωρευμένα σφάλματα της IMU, ενώ η IMU συμπληρώνει τα κενά κατά τη διάρκεια των τυφλών σημείων σήματος.

Το αποτέλεσμα;Το GNSS διαχειρίζεται τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα, η IMU γεφυρώνει τα βραχυπρόθεσμα κενά∙ δημιουργία μιας συνεχούς, αξιόπιστης τροχιάς που να συνδέει τα σύννεφα σημείων LiDAR ακριβώς εκεί που ανήκουν, αποτρέποντας την θολούμενη ή την λάθος ευθυγράμμιση.

Πραγματικά σενάρια εφαρμογής στη σιδηροδρομική έρευνα

• Γεωμετρία και παρακολούθηση παραμόρφωσης σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων / συμβατικών σιδηροδρόμωνΤα οχήματα επιθεώρησης κινούνται με ταχύτητα 80-120 km/h κατά μήκος των σιδηροδρομικών γραμμών, με πολυγραμμικές λωρίδες σαρώσεως LiDAR, καλωδίους αλυσίδας κ.λπ.
  • Το INS/IMU + GNSS παράγει σε πραγματικό χρόνο θέση, ταχύτητα και στάση (κατεύθυνση, κλίμακα, ρολό) σε συχνότητα άνω των 200 Hz.
  • Το LiDAR καταγράφει εκατομμύρια σημεία ανά δευτερόλεπτο, προβάλλοντάς τα με ακρίβεια στις συντεταγμένες του χάρτη χρησιμοποιώντας την ακριβή τροχιά.
  • Οι ουρανοί σημείων συνδέονται απρόσκοπτα στις περισσότερες περιπτώσεις, ακόμη και όταν διασχίζουν πολλά χιλιόμετρα σήραγγας.συστήματα υψηλού επιπέδου ελέγχου της παραίτησης σε επίπεδα κάτω του μέτρου ή καλύτερα, που επιτρέπει την ανάλυση των παραμέτρων της γραμμής σε χιλιοστόμετρο βαθμό (μεγέθος, ανύψωση, ελαττώματα).
• Μοντελοποίηση πλήρους γραμμής του σήραγγας μετρό / τραμΟι σήματα GNSS στις σήραγγες είναι μηδενικά. Οι παραδοσιακές μεθόδοι βασίζονται σε χλμ.μετρητές ή χειροκίνητους δείκτες.
  • Ξεκινήστε με την εκκίνηση GNSS + IMU σε ανοιχτά τμήματα για ένα σημείο εκκίνησης υψηλής ακρίβειας.
  • Μέσα στην σήραγγα, η ΜΟΥ αναλαμβάνει να διατηρεί συνεχή τροχιά.
  • Το LiDAR σαρώνει τοίχους σήραγγας, γραμμές, καλώδια για να κατασκευάσει πλήρη 3D μοντέλα.με παρακολούθηση παραμόρφωσης που φτάνει το επίπεδο χιλιοστών, μειώνοντας σημαντικά τα παράθυρα διακοπής λειτουργίας και μειώνοντας το κόστος εργασίας.
• Περιπολία σιδηροδρομικών γραμμών εμπορευμάτων και ανίχνευση εισβολώνΟι απομακρυσμένες γραμμές με βαριά βλάστηση συχνά μπλοκάρουν το GNSS κάτω από τις στέγες των δέντρων.
  • Το IMU παρέχει υψηλή δυναμική στάση, ομαλή τροχιά ακόμη και κατά τη διάρκεια της κλίσης της αμαξοστοιχίας.
  • Η σύνθετη τροχιά απομακρύνει την θολούμενη κίνηση του LiDAR, καθιστώντας τους μακρινούς πόλους, τις πλαγιές απότομες και καθαρές.

Γιατί είναι τόσο σημαντικό ένα αξιόπιστο προϊόν του ΙΝΣ

• Ισχυρή ικανότητα γεφυρών: Διαχειρίζεται με σταθερότητα εκτεταμένες διακοπές GNSS (η απόδοση ποικίλλει ανάλογα με την ποιότητα IMU· τα MEMS υψηλής τεχνολογίας υπερέχουν από τις οπτικές ίνες σε μεγαλύτερες σήραγγες).
• Έξοδος υψηλής συχνότηταςΣυμφωνεί με τη σάρωση LiDAR τέλεια για ανώτερη ποιότητα point cloud.
• Εύκολη ενσωμάτωση: Τυποποιημένες διεπαφές (serial/Ethernet/time sync) ταιριάζουν στα κεντρικά LiDAR και τα οχήματα έρευνας.
• Αξιόπιστη ποιότητα σιδηροδρόμου: Ανθεκτικός στις δονήσεις, σταθερός στη θερμοκρασία για μακροχρόνια χρήση στο πεδίο.

Εν ολίγοις: στην χαρτογράφηση LiDAR σιδηροδρόμων, η ασταθής τοποθέτηση = σπατάλη δεδομένων.

Αν εργάζεστε σε έρευνες σιδηροδρομικών γραμμών υψηλής ταχύτητας, μοντελοποίηση σήραγγας του μετρό ή περιπολίες γραμμών, μην διστάσετε να σχολιάσετε ή να επικοινωνήσετε!και θα σας προτείνουμε την καλύτερη λύση INS.