GIS Seminar WS 2001 / 02 Inhalt
„Precision Farming“
Mobile GIS
von Ingmar Jaenke unter der Betr. von Dipl. - Ing. agr. M. Backes am 14.01.2002von Ingmar Jaenke unter der Betr. von Dipl. - Ing. agr. M. Backes am 14.01.2002
Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung
• Fernerkundung
• Mustererkennung
Inhaltsübersicht
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Gliederung des Vortrags
• Motivation
• Schlüsselelemente des Mobilen GIS
• Historische Entwicklung, Anfangsideen
• GIS als Hintergrund der Fahrzeugsteuerung
• Fazit, Ausblick, Schlußbemerkungen
Inhalt„Precision Farming“
Mobile GIS
• Fernerkundung
• Mustererkennung
Grundlage der NotwendigkeitInhalt
Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
• GIS
• Fazit, Ausblick
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
ökonomische Ursachen
• Steigerung der Produktivität
• Verbesserung der Arbeitsverhältnisse
• gezielte Anpassung an vorliegende Gegebenheiten
Grundlage der NotwendigkeitInhalt
Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
• GIS
• Fazit, Ausblick
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
ökologische Ursachen
• Verminderung des Düngemitteleinsatzes
• Beachtung der Umwelt
Versäuerung des Bodens
Bodenerosion
Luftverschmutzung
Forschungseinrichtungen Inhalt
• Motivation
Elemente
• Historische Entw.
• GIS
• Fazit, Ausblick
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Entwicklung
• in Regierungseinrichtungen
• in Universitäten
• in Laboren von Herstellern
Struktur
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Sensorsystem Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
Kontrolleinheit
Anfangsideen
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
Historische Entw.
• GIS
• Fazit, Ausblick
historischer Abriß
• erste Gedanken an automatische Lenksysteme seit ca. 1920
• tatsächliche Entwicklung seit ungefähr 50 Jahren
GIS als Hintergrund
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Sensorsystem Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
Kontrolleinheit
GIS als Hintergrund
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Eigenschaften
• zentrales Moment in der Datensammlung & -ausgabe
• es erstellt die Karten für das Precision Farming:
Besitzüberblick
„vergängliche“ Daten
Interpretation inkl. Karte der individuellen Daten
Kombination der verschiedenen Daten
Feld - Operations - Karten
• Kombination aller Informationsquellen
GIS als Hintergrund
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Beispiel
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Bewegungsmessungen
• Kilometerstandszähler
• Beschleunigungsmesser, Kreisel
• Geomagnetischer Kompaß
• Rotationsbewegungen
• Mikrowellen ( Doppler)
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
lokale Grunderkennung
• Sonar
• Machine / computer vision
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Machine / Computer vision
• relative Positionsbestimmung
• photogrammetrisches Verfahren auf Grund der photographischen Aufnahme der Frontansicht
Vorteile: kein direkter Kontakt, billig, große Mengen an
Informationen
Nachteile: Herausfiltern der gebrauchten Information,
Speichern derer, Identifikation der Objekte,
natürl. Lichtverhältnisse, Verwaschen der
Bilder
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Problemlösung
bei einem zeitinvarianten, linearen System gilt:
• Ausgleichung über den „Kalman“ - Filter:
Glättung eines Signals, Prädiktion zum Zeitpunkt k+1
)()()1(
)()()()1(
kkk
kkkk
wxHy
vuBxAx
mit A, B, H: konstante Matrizen
k: Zeitpunkt
v, w: Störungen
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Problemlösung
Erweiterung notwendig für ein nicht - lineares System:
Prädiktion zum Zeitpunkt k+1:
)( ),( ),()1( kkkkk vuxFx
)()/(ˆ)1( kkkk uBxAx
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Sensorsysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
künstliche Landmarks
• Lasertriangulation, bzw. -scan
• Radarsystem
• GPS (DGPS)
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Echtzeitwahrnehmung & -kontrolle
• verlangt keine vordefinierte Route, aber bestimmte Parameter
• benutzte Sensoren: optisch, thermisch, elektromagnetisch, mechanisch, Radar, lichtempfindlich
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
unabhängiges Arbeiten
• basierend auf vorherigen Karten
• nicht konform mit individuellen Maschinen
• typische Anwendung: „path spraying“
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
abhängiges Arbeiten
• ähnlich wie das „unabhängige Arbeiten“
• modifiziert für passende Anwendungen
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Routenplanung
• wie „abhängiges Arbeiten“, aber mit vorgegebener, definierter Route
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Hydrauliksystem
GIS
Bewegungsmess.
lok. Grunderkenn.
künstl. Landmarks
Echtzeitkontrolle
unabh. Arbeiten
abh. Arbeiten
Routenplanung
Sequenzieren
KontrolleinheitSensorsystem
Hydrauliksysteme
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
GIS
• Fazit, Ausblick
Sequenzieren
• Aufteilen eines Gebiets
Schlußbemerkungen
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
• GIS
Fazit, Ausblick
Genauigkeitsbetrachtungen
• Machine vision: = 10 cm
• Lasertriangulation: = 5 cm
• DGPS: = 4 - 6 cm
Schlußbemerkungen
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
• GIS
Fazit, Ausblick
Anwendungsbeispiele
• Kombinationen sind in der Praxis durchaus üblich
Schlußbemerkungen
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“
Inhalt
• Motivation
• Elemente
• Historische Entw.
• GIS
Fazit, Ausblick
Anwendungsbeispiele
• Forschungsprojekte sind z. B.:
SILSOE experimental autonomous vehicle
CLAAS Autopilot
• Üblicherweise auf größeren Flächen beim Einsatz von Erntemaschinen
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“