julian korrekturlesen

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2024-08-14 23:27:06 +02:00
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commit 1b85d32a56
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+6 -2
View File
@@ -19,7 +19,6 @@ PoE-Hardware
RTK-Basisstation RTK-Basisstation
Systemd Systemd
ser2net ser2net
U-Blox
com0com com0com
com2tcp com2tcp
PostProcessing PostProcessing
@@ -28,7 +27,6 @@ Uhrendaten
RTKLib RTKLib
Ntrip-Caster Ntrip-Caster
RINEX RINEX
U-center
Ntrip-Client Ntrip-Client
RTK RTK
go go
@@ -176,3 +174,9 @@ Clear
API-URL API-URL
ArduinoCore ArduinoCore
FreeRTOS FreeRTOS
u-centers
PortName
Drifts
Castern
Spaos
Mehrdeutigkeits-
+3
View File
@@ -35,6 +35,8 @@
\usepackage{menukeys} % Zum Anzeigen von Tastenkombinationen \usepackage{menukeys} % Zum Anzeigen von Tastenkombinationen
\usepackage{pdfpages} % Einbinden von PDFs \usepackage{pdfpages} % Einbinden von PDFs
\usepackage{wrapfig} % Bilder im Fließtext \usepackage{wrapfig} % Bilder im Fließtext
\usepackage{lscape} % Tabellen und andere Sachen in Landscape
\usepackage{multirow} % Tabellen Zellen zusammenfügen
% Tabelle über mehrere Seiten % Tabelle über mehrere Seiten
\usepackage{longtable} \usepackage{longtable}
@@ -146,6 +148,7 @@
\include{110_windowsAndUblox} \include{110_windowsAndUblox}
\include{115_httpApi} \include{115_httpApi}
\include{120_antennenAuswertung} \include{120_antennenAuswertung}
\include{130_messergenissSaposVsDortmund}
\include{190_cd} \include{190_cd}
%Literaturverzeichnis %Literaturverzeichnis
+3 -3
View File
@@ -9,11 +9,11 @@
\section{Zielsetzung} \section{Zielsetzung}
Die Ziele lassen sich in drei Arbeitsbereiche unterteilen, welche zusammengenommen ein bereits bestehendes Projekt über ein Fahrzeug so erweitern sollen, dass dieses eine Patrouillenfahrt um ein Gebäude oder anderen Bereich ausführen kann. Die Ziele lassen sich in drei Arbeitsbereiche unterteilen, welche zusammengenommen ein bereits bestehendes Projekt über ein Fahrzeug so erweitern sollen, dass dieses eine Patrouillenfahrt um ein Gebäude oder anderen Bereich ausführen kann.
\par \par
Der erste Bereich widmet sich der Breitstellung einer Referenzstation zur Erzeugung von Korrekturdaten, mit deren Hilfe es GNSS-Modulen möglich ist, Positionsbestimmungen im Zentimeterbereich durchzuführen. Der Installationsort einer solchen Station unterliegt mehreren Anforderungen, welche berücksichtigt werden müssen. Durch die Bindung an einen bestimmten Installationsort muss adäquate Hardware ausgewählt werden. Weiterhin sollen die erzeugten Daten öffentlich zur Verfügung gestellt werden, damit das System auch über diese Arbeit hinaus einen Mehrwert bietet. Der erste Bereich widmet sich der Bereitstellung einer Referenzstation zur Erzeugung von Korrekturdaten, mit deren Hilfe es GNSS-Modulen möglich ist, Positionsbestimmungen im Zentimeterbereich durchzuführen. Der Installationsort einer solchen Station unterliegt mehreren Anforderungen, welche berücksichtigt werden müssen. Durch die Bindung an einen bestimmten Installationsort muss adäquate Hardware ausgewählt werden. Weiterhin sollen die erzeugten Daten öffentlich zur Verfügung gestellt werden, damit das System auch über diese Arbeit hinaus einen Mehrwert bietet.
\par \par
Wenn der erste Bereich abgeschlossen ist, kann mit dem zweiten begonnen werden. In diesem soll das bestehende Projekt erweitert werden, sodass dieses die Daten von der Referenzstation nutzt. Mit der dadurch zu erlangenden Positionsbestimmung soll eine autonome Navigation entlang von zuvor manuell abgefahrenen Routen ermöglicht werden. Damit die Steuerung des Fahrzeugs erleichtert wird, soll dem Projekt ein Gyroskop hinzugefügt werden. Wenn der erste Bereich abgeschlossen ist, kann mit dem zweiten begonnen werden. In diesem soll das bestehende Projekt erweitert werden, sodass dieses die Daten von der Referenzstation nutzt. Mit der dadurch zu erlangenden Positionsbestimmung soll eine autonome Navigation entlang von zuvor manuell abgefahrenen Routen ermöglicht werden. Um die Steuerung des Fahrzeugs zu erleichtern, soll dem Projekt ein Gyroskop hinzugefügt werden.
\par \par
In dem letzten Bereich sollen Erkenntnisse aus den ersten beiden Bereichen gesammelt und analysiert werden. Dazu sollen verschiedene Tests durchgeführt werden, welche die erarbeiteten Funktionen testen. Zusätzlich soll ein Vergleich zwischen der aus dem ersten Bereich errichteten Referenzstation und dem vom Bund betrieben Netz aus Referenzstationen im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit gezogen werden. In dem letzten Bereich sollen die Erkenntnisse aus den ersten beiden Bereichen gesammelt und analysiert werden. Dazu sollen verschiedene Tests durchgeführt werden, welche die erarbeiteten Funktionen testen. Zusätzlich soll ein Vergleich zwischen der aus dem ersten Bereich errichteten Referenzstation und dem vom Bund betriebenen Netz aus Referenzstationen im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit gezogen werden.
\section{Ausgangssituation} \section{Ausgangssituation}
Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb zum autonomen Navigieren mittels GNSS vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt, die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, einen abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit \cite{Klein2023} zu finden. Zusätzlich beschreibt der Abschnitt \ref{sec:rover} den Rover in zusammengefasster und für diese Arbeit angepasster Form. Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb zum autonomen Navigieren mittels GNSS vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt, die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, einen abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit \cite{Klein2023} zu finden. Zusätzlich beschreibt der Abschnitt \ref{sec:rover} den Rover in zusammengefasster und für diese Arbeit angepasster Form.
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@@ -1,2 +1,2 @@
\chapter{Grundlagen} \chapter{Grundlagen}
Dieses Kapitel startet mit der Beschreibung des vorhandenen Fahrzeugs, dem Rover, anhand der darüber verfassten Projektarbeit. Dabei sind die Systemarchitektur und die vorhandenen Schnittstellen von besonderer Relevanz, da diese genutzt werden müssen, um die nötigen Implementierungen für diese Arbeit ausführen zu können. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden die notwendigen Protokolle erläutert. In diesem Abschnitt wird besonderes auf die Erläuterung der Funktionsweise von GNSS und den Möglichkeiten für Korrekturen der Positionsdaten eingegangen. Darauf folgt eine Beschreibung der Funktionen von Hardwarekomponenten. Geschlossen wird das Kapitel mit der Erläuterung von benötigter und verwendeter Software. Dieses Kapitel startet mit der Beschreibung des vorhandenen Fahrzeugs, dem Rover, anhand der darüber verfassten Projektarbeit. Dabei sind die Systemarchitektur und die vorhandenen Schnittstellen von besonderer Relevanz, da diese genutzt werden müssen, um die nötigen Implementierungen für diese Arbeit ausführen zu können. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden die notwendigen Protokolle erläutert. In einem der folgenden Abschnitte wird besonders auf die Erläuterung der Funktionsweise von GNSS und den Möglichkeiten für Korrekturen der Positionsdaten eingegangen. Darauf folgt eine Beschreibung der Funktionen von Hardwarekomponenten. Geschlossen wird das Kapitel mit der Erläuterung von benötigter und verwendeter Software.
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@@ -2,14 +2,14 @@
\label{sec:rover} \label{sec:rover}
Dieser Abschnitt beschreibt das in der zugrundeliegenden Projektarbeit \cite{Klein2023} erstellte Gesamtsystems des Rovers für diese Arbeit. Dieser Abschnitt beschreibt das in der zugrundeliegenden Projektarbeit \cite{Klein2023} erstellte Gesamtsystems des Rovers für diese Arbeit.
\par \par
Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und infolgedessen die beiden Motoren für den Skid-Antrieb mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal \(11,1V\) versorgt. Der Akkumulator und der Motortreiber befinden sich nebeneinander auf der Unterseite des Hauptträgers der Komponenten, auf dem Bild \ref{fig:rover} das blaue Plastik. Je einer der beiden Motoren treibt eine der Fahrzeugseiten an, diese bestehen aus jeweils drei Rädern, welche alle über einen Riemen mit der Ausgangswelle des Getriebes zur Untersetzung verbunden sind. An der dieser Ausgangswelle befindet sich ein Encoder-Rad, welches durch eine einfache Gabellichtschranke ausgelesen wird, dafür wird der in Hardware implementierte Pulsecounter des verbauten Prozessors verwendet. Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und infolgedessen die beiden Motoren für den Skid-Antrieb mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal \(11,1V\) versorgt. Der Akkumulator und der Motortreiber befinden sich nebeneinander auf der Unterseite des Hauptträgers der Komponenten, auf dem Bild \ref{fig:rover} die blaue Platte. Je einer der beiden Motoren treibt eine der Fahrzeugseiten an, diese bestehen aus jeweils drei Rädern, welche alle über einen Riemen mit der Ausgangswelle des Getriebes zur Untersetzung verbunden sind. An der dieser Ausgangswelle befindet sich ein Encoder-Rad, welches durch eine einfache Gabellichtschranke ausgelesen wird, dafür wird der in Hardware implementierte Pulsecounter des verbauten Prozessors verwendet.
\par \par
Die restlichen Komponenten werden mit \(5V\) versorgt. Die \(5V\) werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von \(1A\) bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine, welche wiederum auf der Oberseite des Hauptträgers zentral verbaut ist. Diese Platine verbindet alle Komponenten mit dem auf einem aufgesteckten Entwicklungsboard verbauten ESP32 Prozessor. Der ESP32 stellt verschiedene Schnittstellen über die GPIO (General Purpose Input Output) Pins zur Verfügung, davon werden für den Rover die Bussysteme I2C und SPI, ein ADC Kanal (Analog Digital Konverter) und PWM (Pulsweitenmodulation) genutzt. Weitere Kommunikation findet auf dem drahtlosen Weg statt, dafür wird das Wi-Fi-Modul genutzt, mit diesem kann eine Verbindung zu einem \(2,4GHz\) WLAN aufgebaut werden und es wird mit dem Protokoll ESPNow über dasselbe Frequenzband eine Verbindung zu der Fernbedienung hergestellt. Zur Verwaltung des Funkmoduls und der Bewältigung anderen Aufgaben, welche an den Prozessor gestellt werden, verfügt dieser über zwei Xtensa 32Bit LX6 Kerne, welche mit bis zu \(240MHz\) takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für die Software ist 4 Megabyte groß. Die restlichen Komponenten werden mit \(5V\) versorgt, welche über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von \(1A\) bereitgestellt wird. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine, welche wiederum auf der Oberseite des Hauptträgers zentral verbaut ist. Diese Platine verbindet alle Komponenten mit dem auf einem aufgesteckten Entwicklungsboard verbauten ESP32 Prozessor. Der ESP32 stellt verschiedene Schnittstellen über die GPIO (General Purpose Input Output) Pins zur Verfügung, davon werden für den Rover die Bussysteme I2C und SPI, ein ADC Kanal (Analog Digital Konverter) und PWM (Pulsweitenmodulation) genutzt. Weitere Kommunikation findet auf dem drahtlosen Weg statt. Dafür wird das Wi-Fi-Modul genutzt, mit diesem kann eine Verbindung zu einem \(2,4GHz\) WLAN aufgebaut werden und es wird mit dem Protokoll ESPNow über dasselbe Frequenzband eine Verbindung zu der Fernbedienung hergestellt. Zur Verwaltung des Funkmoduls und der Bewältigung anderen Aufgaben, welche an den Prozessor gestellt werden, verfügt dieser über zwei Xtensa 32Bit LX6 Kerne, welche mit einer Frequenz von bis zu \(240MHz\) takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für die Software ist 4 Megabyte groß.
\par \par
Mit auf der Hauptplatine befindet sich das ebenfalls aufgesteckte Entwicklungsboard von Sparkfun. Das Board nutzt den SPI-Bus, um die Kommunikation zwischen dem ESP32 und dem ZED-F9K herzustellen. Bei dem ZED-F9K handelt es sich um einen hochpräziser Multi-Band-GNSS-Receiver, welcher die Signale von allen öffentlichen Satelliten gestützten Navigationssystemen verarbeiten kann. Zusätzlich können Korrekturdaten verarbeitet werden, mit welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf den Bereich einstelliger Zentimeter erhöht wird. Auf der Platine befindet sich eine SMA-Buchse, mit welcher die GNSS-Antenne verbunden ist. Die Antenne befindet sich am Heck des Rovers auf dem grünen T-Träger. Mit auf der Hauptplatine befindet sich das ebenfalls aufgesteckte Entwicklungsboard von Sparkfun. Das Board nutzt den SPI-Bus, um die Kommunikation zwischen dem ESP32 und dem ZED-F9K herzustellen. Bei dem ZED-F9K handelt es sich um einen hochpräziser Multi-Band-GNSS-Receiver, welcher die Signale von allen öffentlichen Satelliten gestützten Navigationssystemen verarbeiten kann. Zusätzlich können Korrekturdaten verarbeitet werden, mit welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf den Bereich einstelliger Zentimeter erhöht wird. Auf der Platine befindet sich eine SMA-Buchse, mit welcher die GNSS-Antenne verbunden ist. Die Antenne befindet sich am Heck des Rovers auf dem grünen T-Träger.
\par \par
Der I2C-Bus wird benutzt, um den letzten Sensor und ein Display anzubinden. Der Sensor ist ein Kompass, welcher möglichst weit von anderen Komponenten entfernt sein sollte und deshalb auf dem Mast, der neben dem Display nach oben ragt, montiert ist und die aktuelle Himmelsrichtung bei richtiger Kalibrierung auf \(2^{\circ}\) genau angeben kann. Bei dem Display auf dem Querbalken handelt es sich um ein 16 x 2 Zeichen LCD, dieses wird von einem I2C-Seriell Adapterinterface betrieben. Der I2C-Bus wird benutzt, um den letzten Sensor und ein Display anzubinden. Der Sensor ist ein Kompass, welcher möglichst weit von anderen Komponenten entfernt sein sollte und deshalb auf dem Mast, der neben dem Display nach oben ragt, montiert ist und die aktuelle Himmelsrichtung bei richtiger Kalibrierung auf \(2^{\circ}\) genau angeben kann. Bei dem Display auf dem Querbalken handelt es sich um ein 16 x 2 Zeichen LCD, dieses wird von einem I2C-Seriell Adapterinterface betrieben.
\par \par
Zu dem Rover gehört eine Fernbedienung, welche über sieben Tasten und einem Joystick als Eingabemöglichkeit verfügt. Vier Tasten bilden ein Steuerkreuz, um das Navigieren im Menü zu ermöglichen. Zwei weitere Tasten werden zum Bestätigen und Ablehnen genutzt. Die letzte Taste wird als Action-Button bezeichnet und wird betätigt, wenn der Joystick gedrückt wird. Die Taste ist für spezielle Aktionen der verschiedenen Betriebsmodi des Rovers vorgesehen. An der Fernbedienung wurde ebenfalls das zuvor genannte LCD verbaut, dieses spiegelt das Display am Rover. Die Fernbedienung wird ebenfalls von einem ESP32 gesteuert, dieser stellt die Kommunikation über das ESPNow Protokoll zu dem Rover her. Um die Fernbedienung mit Energie zu versorgen, wird eine Powerbank benötigt, an der das heraushängende USB-Kabel vom Typ A angeschlossen werden kann. Zu dem Rover gehört eine Fernbedienung, welche über sieben Tasten und einem Joystick als Eingabemöglichkeit verfügt. Vier Tasten bilden ein Steuerkreuz, um das Navigieren im Menü zu ermöglichen. Zwei weitere Tasten werden zum Bestätigen und Ablehnen genutzt. Die letzte Taste wird als Action-Button bezeichnet und wird betätigt, wenn der Joystick gedrückt wird. Die Taste ist für spezielle Aktionen der verschiedenen Betriebsmodi des Rovers vorgesehen. An der Fernbedienung wurde ebenfalls das zuvor genannte LCD verbaut. Dieses spiegelt das Display am Rover. Die Fernbedienung wird ebenfalls von einem ESP32 gesteuert. Dieser stellt die Kommunikation über das ESPNow Protokoll zu dem Rover her. Um die Fernbedienung mit Energie zu versorgen, wird eine Powerbank benötigt, an der das heraushängende USB-Kabel vom Typ A angeschlossen werden kann.
\par \par
Die vorhandene Software für den Rover ist objektorientiert und modular aufgebaut. Zusätzlich ist der Programmcode für die Benutzeroberfläche von dem restlichen Code getrennt. Die Struktur des Codes wird wesentlich durch zwei Interfaces bestimmt. Das erste wird als \texttt{Component} bezeichnet und muss implementiert werden, um eigenständige wiederkehrende Aufgaben zu implementieren. Das zweite Interface mit dem Namen \texttt{DriveModi} definiert, welche Mindestanforderungen an einen Betriebsmodus des Rovers gestellt werden und stellt die Komponenten für die Benutzereingaben, die Sensorverwaltung und die Bewegungsreglung zur Nutzung im Betriebsmodus bereit. Andere Komponenten überwachen den Akku, steuern das Display, verwalten die Benutzeroberfläche, überwachen Benutzereingaben oder verarbeiten Sensordaten. Die vorhandene Software für den Rover ist objektorientiert und modular aufgebaut. Zusätzlich ist der Programmcode für die Benutzeroberfläche von dem restlichen Code getrennt. Die Struktur des Codes wird wesentlich durch zwei Interfaces bestimmt. Das erste wird als \texttt{Component} bezeichnet und muss implementiert werden, um eigenständige wiederkehrende Aufgaben zu implementieren. Das zweite Interface mit dem Namen \texttt{DriveModi} definiert, welche Mindestanforderungen an einen Betriebsmodus des Rovers gestellt werden und stellt die Komponenten für die Benutzereingaben, die Sensorverwaltung und die Bewegungsreglung zur Nutzung im Betriebsmodus bereit. Andere Komponenten überwachen den Akku, steuern das Display, verwalten die Benutzeroberfläche, überwachen Benutzereingaben oder verarbeiten Sensordaten.
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@@ -23,9 +23,9 @@
\subsubsection{Allgemeine Funktionsweise} \subsubsection{Allgemeine Funktionsweise}
Bauer \cite[S. 67ff]{Bauer2018} beschreibt, dass mindestens die Sicht auf vier Satelliten gegeben sein muss, um die eigene Position bestimmen zu können. Die Verbindung zwischen den Satelliten und dem Empfänger ist einseitig, deshalb stehen dem GNSS-Empfänger nur die Informationen zur Verfügung, die mit Signal übertragen werden können. Eine dieser Informationen ist die zwingend benötigte Position des Satelliten, welche aus den übermittelten Bahndaten errechnet wird. Bauer \cite[S. 67ff]{Bauer2018} beschreibt, dass mindestens die Sicht auf vier Satelliten gegeben sein muss, um die eigene Position bestimmen zu können. Die Verbindung zwischen den Satelliten und dem Empfänger ist einseitig, deshalb stehen dem GNSS-Empfänger nur die Informationen zur Verfügung, die mit Signal übertragen werden können. Eine dieser Informationen ist die zwingend benötigte Position des Satelliten, welche aus den übermittelten Bahndaten errechnet wird.
\par \par
Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommende Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten, können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich den Intervall einhalten. Allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre um kein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden. Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommende Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten, können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich den Intervall einhalten. Allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre nicht um ein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden.
\par \par
Die Berechnung einer Position im Raum enthält die drei unbekannten für die X-, Y- und Z-Koordinate in einem kartesischen Koordinatensystem. Hinzu kommt die unbekannte Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\). Daher ergibt sich die Mindestanforderung von vier sichtbaren Satelliten, um für jede der unbekannten Variablen eine Gleichung aufstellen zu können. Bauer gibt folgende \cite[Gleichung 1.24]{Bauer2018} zur Ortsbestimmung an: Die Berechnung einer Position im Raum enthält die drei unbekannten für die X-, Y- und Z-Koordinate in einem kartesischen Koordinatensystem. Hinzu kommt die unbekannte Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\). Daher ergibt sich die Mindestanforderung von vier sichtbaren Satelliten, um für jede der unbekannten Variablen eine Gleichung aufstellen zu können. Bauer gibt folgende Gleichung \cite[69]{Bauer2018} zur Ortsbestimmung an:
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
(\Delta T_i \cdot v + \Delta t \cdot v)^2 = (X_i - X_E)^2 + (Y_i - Y_E)^2 + (Z_i - Z_E)^2;i = 1,2,3,4 (\Delta T_i \cdot v + \Delta t \cdot v)^2 = (X_i - X_E)^2 + (Y_i - Y_E)^2 + (Z_i - Z_E)^2;i = 1,2,3,4
@@ -34,13 +34,13 @@
Dabei steht \({Koordinate_E}\) für die unbekannte Empfängerposition und \({Koordinate_i}\) für die bekannte Position des Satelliten. Auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) wird gleich noch eingegangen. Hergeleitet wurde die Formel aus dem räumlichen Pythagoras. Dabei steht \({Koordinate_E}\) für die unbekannte Empfängerposition und \({Koordinate_i}\) für die bekannte Position des Satelliten. Auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) wird gleich noch eingegangen. Hergeleitet wurde die Formel aus dem räumlichen Pythagoras.
\subsubsection{Signallaufzeit} \subsubsection{Signallaufzeit}
Grundsätzlich breiten sich elektromagnetische Wellen jeder Frequenz im Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit \(c\) aus. Jedes Medium vermindert diese Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeitsabnahme hängt von dem Medium ab. Im Kontext von GNSS handelt es sich bei den Medien um die Schichten der Erdatmosphäre. Von Bauer \cite[S. 116ff]{Bauer2018} wird erläutert, dass die Lichtgeschwindigkeit \(c\) mit dem Brechungsindex \(n\) des jeweiligen Mediums multipliziert werden muss, um die passende Geschwindigkeit bei den Berechnungen zu nutzen. Er definiert den Brechungsindex wie folgt: Grundsätzlich breiten sich elektromagnetische Wellen jeder Frequenz im Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit \(c\) aus. Jedes Medium vermindert diese Geschwindigkeit. Die Änderung der Signallaufzeit wird auch Refraktion genannt. Die Geschwindigkeitsabnahme hängt von dem Medium ab. Im Kontext von GNSS handelt es sich bei den Medien um die Schichten der Erdatmosphäre. Von Bauer \cite[S. 116ff]{Bauer2018} wird erläutert, dass die Lichtgeschwindigkeit \(c\) mit dem Brechungsindex \(n\) des jeweiligen Mediums multipliziert werden muss, um die passende Geschwindigkeit bei den Berechnungen zu nutzen. Er definiert den Brechungsindex wie folgt:
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
n = \frac{c}{v} = \frac{[Geschwindigkeit \: des \: Signals \: im \: Vakuum]}{[Geschwindigkeit \: des \: Signals \: im \: Medium]} n = \frac{c}{v} = \frac{[Geschwindigkeit \: des \: Signals \: im \: Vakuum]}{[Geschwindigkeit \: des \: Signals \: im \: Medium]}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
Für die Signallaufzeit wird zunächst der ionisierte Teil der Erdatmosphäre betrachtet. Die Änderung der Signallaufzeit wird auch Refraktion genannt. Die Ionosphäre beginnt ungefähr bei \(50km\) und endet bei \(1000km\) über der Erdoberfläche. Das Signal wird durch die freien Elektronen beeinflusst. Die Anzahl der freien Elektronen wird mit der Elektronendichte \(N_e\) angegeben, diese variiert nach Tages- und Jahreszeit, sowie nach verschieden Schichten in der Ionosphäre. In dem Kapitel \glqq{}Ionosphärische Refraktion\grqq{} \cite[S. 123f]{Bauer2018} zeigt Bauer die Herleitung für folgende Formel: Für die Signallaufzeit wird zunächst der ionisierte Teil der Erdatmosphäre betrachtet. Die Ionosphäre beginnt ungefähr bei \(50km\) und endet bei \(1000km\) über der Erdoberfläche. Das Signal wird durch die freien Elektronen beeinflusst. Die Anzahl der freien Elektronen wird mit der Elektronendichte \(N_e\) angegeben, diese variiert nach Tages- und Jahreszeit, sowie nach verschieden Schichten in der Ionosphäre. In dem Kapitel \glqq{}Ionosphärische Refraktion\grqq{} \cite[S. 123f]{Bauer2018} zeigt Bauer die Herleitung für folgende Formel:
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
n_{PH} = 1 - \frac{40,3 \cdot N_e}{f^2} n_{PH} = 1 - \frac{40,3 \cdot N_e}{f^2}
@@ -51,15 +51,15 @@
\par \par
Eine aufwendigere und genauere Alternative bietet die Zweifrequenzkorrektur, aufgrund der Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Frequenz kann durch die Messung von zwei unterschiedlichen Frequenzen, im Fall von GNSS meist im L1 und L5 Band, auf die Refraktion in der Ionosphäre geschlossen werden. Eine aufwendigere und genauere Alternative bietet die Zweifrequenzkorrektur, aufgrund der Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Frequenz kann durch die Messung von zwei unterschiedlichen Frequenzen, im Fall von GNSS meist im L1 und L5 Band, auf die Refraktion in der Ionosphäre geschlossen werden.
\par \par
Sobald die Signale die Ionosphäre durchquert haben, treffen diese erst auf Stratosphäre und anschließend auf die Troposphäre, in welcher sich typischerweise der Empfänger befindet. In der Strato- und Troposphäre wird das Signal hauptsächlich durch die Zusammensetzung der Gase, dem Luftdruck und der Temperatur in diesen Schichten beeinflusst. Diese Zusammensetzung ist allerdings über den Planeten verteilt relativ homogen, weshalb dieser Fehler gut kalkuliert werden kann. In Troposphäre stellt die Luftfeuchtigkeit ein zusätzliches Hindernis für den Signallaufweg dar. Dieser Fehler ist Orts- und Zeitabhängig und deshalb schwerer zu modellieren. Es gibt mehrere Modelle zur Berechnung des aktuell wirkenden Einflusses, hier zu nennen wären das Modell von Hopfield und das Modell von Saastamoinen, wie von Bauer \cite[131]{Bauer2018} beschrieben. Sobald die Signale die Ionosphäre durchquert haben, treffen diese erst auf die Stratosphäre und anschließend auf die Troposphäre, in welcher sich typischerweise der Empfänger befindet. In der Strato- und Troposphäre wird das Signal hauptsächlich durch die Zusammensetzung der Gase, dem Luftdruck und der Temperatur in diesen Schichten beeinflusst. Diese Zusammensetzung ist allerdings über den Planeten verteilt relativ homogen, weshalb dieser Fehler gut kalkuliert werden kann. In Troposphäre stellt die Luftfeuchtigkeit ein zusätzliches Hindernis für den Signallaufweg dar. Dieser Fehler ist orts- und zeitabhängig und deshalb schwerer zu modellieren. Es gibt mehrere Modelle zur Berechnung des aktuell wirkenden Einflusses, hier zu nennen wären das Modell von Hopfield und das Modell von Saastamoinen, wie von Bauer \cite[131]{Bauer2018} beschrieben.
\subsubsection{Andere Fehlerquellen} \subsubsection{Andere Fehlerquellen}
In der folgenden List werden mögliche Fehlerquellen dargestellt, welche eine Positionsbestimmung behindern können: In der folgenden List werden mögliche Fehlerquellen dargestellt, welche eine Positionsbestimmung behindern können:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der direkte vom Satelliten zu dem Empfänger, der so auch gewünscht ist. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannt werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist. \item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der vorgesehene direkte vom Satelliten zu dem Empfänger. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannt werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist.
\item \textbf{Signalbeugung} beschreibt den Empfang eines Signals von einem Satelliten, welcher durch ein Hindernis abgeschattet ist. Das ist möglich, weil ein Signal, welches zum Beispiel auf eine Gebäudekante trifft, abgelenkt (gebeugt) wird. Wenn ein Satellit von dem Empfänger schon beobachtet wird, kann dieser Fehler erkannt werden, weil die Signaldämpfung unvorhergesehen zunimmt. \item \textbf{Signalbeugung} beschreibt den Empfang eines Signals von einem Satelliten, welcher durch ein Hindernis abgeschattet ist. Das ist möglich, weil ein Signal, welches zum Beispiel auf eine Gebäudekante trifft, abgelenkt (gebeugt) wird. Wenn ein Satellit von dem Empfänger schon beobachtet wird, kann dieser Fehler erkannt werden, weil die Signaldämpfung unvorhergesehen zunimmt.
\item \textbf{Aktive Störungen} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereich mit mehreren \(10km\) zu stören. \item \textbf{Aktive Störungen} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereiche mit mehreren \(10km\) zu stören.
\end{itemize} \end{itemize}
\subsubsection{Aufbau} \subsubsection{Aufbau}
@@ -73,13 +73,13 @@
\end{itemize} \end{itemize}
\setlist{} \setlist{}
Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit dem Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite} Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An der Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit dem Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite}
\begin{figure}[ht] \begin{figure}[ht]
\centering \centering
\includegraphics[width=\linewidth]{img/satellite.jpg} \includegraphics[width=\linewidth]{img/satellite.jpg}
\caption{Modell eines Satelliten von dem GNSS Galileo \protect\footnote[1]{Bild eines Galileo Satellit from Science Museum Collections made by Paragon Creative, lizenziert unter [CC BY 4.0] \url{https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode}, abgerufen von \url{https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galileo_satellite_model.jpg}}} \caption{Modell eines Satelliten des GNSS Galileo \protect\footnote[1]{Bild eines Galileo Satellit from Science Museum Collections made by Paragon Creative, lizenziert unter [CC BY 4.0] \url{https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode}, abgerufen von \url{https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galileo_satellite_model.jpg}}}
\label{fig:satellite} \label{fig:satellite}
\end{figure} \end{figure}
@@ -3,12 +3,12 @@
\subsubsection{RTK} \subsubsection{RTK}
\label{sssec:rtkDescription} \label{sssec:rtkDescription}
\textbf{R}eal \textbf{T}ime \textbf{K}inematic bezeichnet ebenfalls eine DGNSS-Methode, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen sind mit RTK Echtzeitpositionierungen im einstelligen \(cm\)-Bereich möglich. Die zusätzlich gewonnene Genauigkeit kommt laut Bauer \cite[249]{Bauer2018} bei diesem Verfahren durch die Erhebung von Phasendaten zustande. Die Verwendung der Phasendaten ist aufwendiger als die Code-Daten, dafür aber auch genauer. Außerdem werden typischerweise Zweifrequenzen-Phasendaten erzeugt, damit schneller eine Mehrdeutigkeitslösung gefunden werden kann. Der Rover muss dementsprechend die gleichen Frequenzen empfangen können, um die Korrekturdaten anwenden zu können. Die Daten werden im Sekundentakt an den Rover übermittelt. \textbf{R}eal \textbf{T}ime \textbf{K}inematic bezeichnet ebenfalls eine DGNSS-Methode, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Methode sind mit RTK Echtzeitpositionierungen im einstelligen \(cm\)-Bereich möglich. Die zusätzlich gewonnene Genauigkeit kommt laut Bauer \cite[249]{Bauer2018} bei diesem Verfahren durch die Erhebung von Phasendaten zustande. Die Verwendung der Phasendaten ist aufwendiger als die Code-Daten, dafür aber auch genauer. Außerdem werden typischerweise Zweifrequenzen-Phasendaten erzeugt, damit schneller eine Mehrdeutigkeitslösung gefunden werden kann. Der Rover muss dementsprechend die gleichen Frequenzen empfangen können, um die Korrekturdaten anwenden zu können. Die Daten werden im Sekundentakt an den Rover übermittelt.
\subsubsection{SBAS durch EGNOS} \subsubsection{SBAS durch EGNOS}
Die sogenannten \textbf{S}atellite \textbf{B}ased \textbf{A}ugmentation \textbf{S}ystem stellen Erweiterungen zu den GNSS Diensten dar, um insbesondere die Genauigkeit zu erhöhen. Ein großer Nutzeranteil wird durch die Luftfahrt gestellt, um Landungen zu vereinfachen. Die sogenannten \textbf{S}atellite \textbf{B}ased \textbf{A}ugmentation \textbf{S}ystem stellen Erweiterungen zu den GNSS Diensten dar, um insbesondere die Genauigkeit zu erhöhen. Ein großer Nutzeranteil wird durch die Luftfahrt gestellt, um Landungen zu vereinfachen.
\par \par
Bei SBAS handelt es sich um geostationäre Satelliten. Diese Art von Satelliten stehen für einen Beobachter auf der Erde fest am Horizont, daher kann mit dieser Art von Satelliten nur ein gewähltes Gebiet mit Informationen versorgt werden. Deshalb gibt es mehrere dieser Systeme, im Folgenden wird kurz das in Europa betriebene EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) beschrieben. Bei SBAS handelt es sich um geostationäre Satelliten. Diese Art von Satelliten stehen für einen Beobachter auf der Erde fest am Horizont, daher kann mit dieser Art von Satelliten nur ein gewähltes Gebiet mit Informationen versorgt werden. Deshalb gibt es mehrere dieser Systeme. Im Folgenden wird kurz das in Europa betriebene EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) beschrieben.
\par \par
Mit Messstationen werden im Sekundentakt Rohdaten unterschiedlicher GNSS und die Entfernung zu den EGNOS Satelliten gesammelt. Die gesammelten Daten werden von mehreren Mission Control Center (MMC) verarbeitet, um daraus DGNSS-Nachrichten zu formulieren. Die Nachricht enthält unter anderem Korrekturen für die Satellitenuhren, Korrekturen der Umlaufbahnen und Werte zur Berechnung der ionosphärischen Einflüsse. Diese Nachricht wird dann an die Satelliten weiter gegeben, welche diese dann wiederum über das L1-Band senden und damit GNSS-Empfängern in Reichweite zur Verfügung stellen. Mit Anwendung der verschickten Korrekturdaten kann eine Positionsbestimmung mit \(1m\) Genauigkeit erzielt werden. \cite[vgl.][S. 393ff]{Bauer2018} Mit Messstationen werden im Sekundentakt Rohdaten unterschiedlicher GNSS und die Entfernung zu den EGNOS Satelliten gesammelt. Die gesammelten Daten werden von mehreren Mission Control Center (MMC) verarbeitet, um daraus DGNSS-Nachrichten zu formulieren. Die Nachricht enthält unter anderem Korrekturen für die Satellitenuhren, Korrekturen der Umlaufbahnen und Werte zur Berechnung der ionosphärischen Einflüsse. Diese Nachricht wird dann an die Satelliten weiter gegeben, welche diese dann wiederum über das L1-Band senden und damit GNSS-Empfängern in Reichweite zur Verfügung stellen. Mit Anwendung der verschickten Korrekturdaten kann eine Positionsbestimmung mit \(1m\) Genauigkeit erzielt werden. \cite[vgl.][S. 393ff]{Bauer2018}
@@ -18,9 +18,9 @@
Das RINEX-Format bietet die Dateitypen für Beobachtungs- (*.obs), Navigations- (*.nav) und meteorologischen Daten (*.sbs) an. Für diese Arbeit werden für die Einmessung der Antenne lediglich die Beobachtungsdaten benötigt, welche mit einem Header für allgemeingültige Daten beginnt und danach unter anderem Daten zu den Messzeiten, Pseudostrecken, Trägerphasen, Signalrauschen und Dopplereffekt enthält. Die gesammelten Daten während der Einmessung können dann durch eine Post-Processing-Service (PPP) verarbeitet werden, dabei werden weitere Daten von Beobachtungsstationen verwendet, um eine möglichst genaue Position der Antenne errechnen zu können. \cite[vgl.][S. 107ff]{Ogaja} Das RINEX-Format bietet die Dateitypen für Beobachtungs- (*.obs), Navigations- (*.nav) und meteorologischen Daten (*.sbs) an. Für diese Arbeit werden für die Einmessung der Antenne lediglich die Beobachtungsdaten benötigt, welche mit einem Header für allgemeingültige Daten beginnt und danach unter anderem Daten zu den Messzeiten, Pseudostrecken, Trägerphasen, Signalrauschen und Dopplereffekt enthält. Die gesammelten Daten während der Einmessung können dann durch eine Post-Processing-Service (PPP) verarbeitet werden, dabei werden weitere Daten von Beobachtungsstationen verwendet, um eine möglichst genaue Position der Antenne errechnen zu können. \cite[vgl.][S. 107ff]{Ogaja}
\subsection{RTCM} \subsection{RTCM}
RTCM ist ein Standard zur Echtzeitübertragung von Daten zwischen GNSS-Empfängern. Dieses Format wurde zunächst 1985 von der namensgebenden Organisation \textbf{R}adio \textbf{T}echnical \textbf{C}ommission for \textbf{M}aritime Services veröffentlicht. Aktuell ist die Version 2.3 aus dem Jahr 2001 noch stark verbreitet, welche sich stark an der Nachrichtenstruktur von GPS orientiert. Mit jeder neuen Version wurden Möglichkeiten geschaffen, um weitere Daten übertragen zu können. Um das in Abschnitt \ref{sssec:rtkDescription} beschrieben RTK anwenden zu können, empfiehlt sich die Version 3 des Formats. Insbesondere die Version 3.2 und 3.3 eignen sich besonders gut, da ab diesen Versionen auch die neueren GNSS einbezogen werden können und diese Versionen Raum für Erweiterungen lassen. \cite[vgl.][S. 249ff]{Bauer2018} RTCM ist ein Standard zur Echtzeitübertragung von Daten zwischen GNSS-Empfängern. Dieses Format wurde zunächst 1985 von der namensgebenden Organisation \textbf{R}adio \textbf{T}echnical \textbf{C}ommission for \textbf{M}aritime Services veröffentlicht. Aktuell ist die Version 2.3 aus dem Jahr 2001 noch stark verbreitet, welche sich stark an der Nachrichtenstruktur von GPS orientiert. Mit jeder neuen Version wurden Möglichkeiten geschaffen, um weitere Daten übertragen zu können. Um das in Abschnitt \ref{sssec:rtkDescription} beschrieben RTK anwenden zu können, empfiehlt sich die Version 3 des Formats. Insbesondere die Version 3.2 und 3.3 eignen sich besonders gut, da ab diesen Versionen auch die neueren GNSS einbezogen werden können und diesen Versionen Raum für Erweiterungen lassen. \cite[vgl.][S. 249ff]{Bauer2018}
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RTCM bietet noch weitere Funktionen wie eine Netzwerkkomponente, für diese Arbeit sind jedoch lediglich die Übertragungen der Code- und Phasenkorrekturen von Bedeutung, da die Übertragung der RTCM-Nachrichten mit dem Ntrip umgesetzt wird, siehe Abschnitt \ref{ssec:ntripDescription}. Nachfolgenden wird die Tabelle \ref{tab:rtcmMsg} dargestellt, welche die in dieser Arbeit Anwendung findenden Nachrichten Typen beschreibt. \cite[vgl.][S. 113f]{Ogaja} RTCM bietet noch weitere Funktionen wie eine Netzwerkkomponente. Für diese Arbeit sind jedoch lediglich die Übertragungen der Code- und Phasenkorrekturen von Bedeutung, da die Übertragung der RTCM-Nachrichten mit dem Ntrip umgesetzt wird, siehe Abschnitt \ref{ssec:ntripDescription}. Nachfolgenden wird die Tabelle \ref{tab:rtcmMsg} dargestellt, welche die in dieser Arbeit Anwendung findenden Nachrichten Typen beschreibt. \cite[vgl.][S. 113f]{Ogaja}
\begin{table}[ht] \begin{table}[ht]
\centering \centering
@@ -38,7 +38,7 @@
\label{tab:rtcmMsg} \label{tab:rtcmMsg}
\end{table} \end{table}
MSM ist Akronym für Multiple Signal Messages und ist aufgeteilt in sieben Nachrichtentypen, wobei mit aufsteigender Nummer mehr Informationen übertragen werden. Die in Tabelle \ref{tab:rtcmMsg} bezeichnete MSM4 enthält die Pseudorange, Phaserange und CNR (Carrier to noise ratio). \cite[vgl.][114]{Ogaja} MSM ist das Akronym für Multiple Signal Messages und ist aufgeteilt in sieben Nachrichtentypen, wobei mit aufsteigender Nummer mehr Informationen übertragen werden. Die in Tabelle \ref{tab:rtcmMsg} bezeichnete MSM4 enthält die Pseudorange, Phaserange und CNR (Carrier to noise ratio). \cite[vgl.][114]{Ogaja}
\subsection{Ntrip} \subsection{Ntrip}
\label{ssec:ntripDescription} \label{ssec:ntripDescription}
@@ -54,7 +54,7 @@ User-Agent: NTRIP ProductName/Version<CR><LF>
<CR><LF> <CR><LF>
\end{minted} \end{minted}
An diesem Beispiel ist die Ähnlichkeit zum HTTP sehr deutlich zu sehen, es werden bekannte HTTP-Methoden eingesetzt sowie gleiche Zeilen Abschlüsse genutzt. An diesem Beispiel ist die Ähnlichkeit zum HTTP sehr deutlich zu sehen. Es werden bekannte HTTP-Methoden eingesetzt sowie gleiche Zeilen Abschlüsse genutzt.
\par \par
Das System basiert auf diesen drei Komponenten \cite[vgl.][S. 2-1]{FACG2004}: Das System basiert auf diesen drei Komponenten \cite[vgl.][S. 2-1]{FACG2004}:
@@ -64,4 +64,4 @@ User-Agent: NTRIP ProductName/Version<CR><LF>
\item Der \textbf{Ntrip-Client} ist ein ebenfalls ein Client des Ntrip-Caster und bezieht die Korrekturdaten. Da die Korrekturdaten auf dem Rover benötigt werden, wird in Abschnitt \ref{ssec:ntripclient} die Implementierung eines Ntrip-Clients für den ESP32 beschrieben. \item Der \textbf{Ntrip-Client} ist ein ebenfalls ein Client des Ntrip-Caster und bezieht die Korrekturdaten. Da die Korrekturdaten auf dem Rover benötigt werden, wird in Abschnitt \ref{ssec:ntripclient} die Implementierung eines Ntrip-Clients für den ESP32 beschrieben.
\end{itemize} \end{itemize}
Wie auch das HTTP, verwendet das Ntrip Protokoll, TCP (Transmission Control Protocol) für die Verbindung zwischen den Komponenten. Wie auch das HTTP, verwendet das Ntrip Protokoll TCP (Transmission Control Protocol) für die Verbindung zwischen den Komponenten.
+5 -5
View File
@@ -1,10 +1,10 @@
\subsection{WLAN} \subsection{WLAN}
\label{ssec:wlan-description} \label{ssec:wlan-description}
Das Akronym WLAN wird ausgeschrieben zu \textbf{W}ireless \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etwork. Dabei handelt es sich um drahtlose lokal begrenzte Netzwerke, welche dafür vorgesehen sind, mobile Endgeräte direkt oder über eine Vermittlungsstelle, wie einem Router, miteinander oder anderen Netzwerken zu verbinden. Diese Art von Netzwerken werden am häufigsten durch den IEEE 802.11 Standard \cite{WLAN} realisiert. Das Akronym WLAN wird ausgeschrieben zu \textbf{W}ireless \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etwork. Dabei handelt es sich um drahtlose lokal begrenzte Netzwerke, welche dafür vorgesehen sind, mobile Endgeräte direkt oder über eine Vermittlungsstelle, wie einem Router, miteinander oder mit anderen Netzwerken zu verbinden. Diese Art von Netzwerken werden am häufigsten durch den IEEE 802.11 Standard \cite{WLAN} realisiert.
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Der genannte Standard wurde erstmals 1997 veröffentlicht und wird seitdem immer wieder den aktuellen Anforderungen angepasst. Zunächst wurde die physikalische Ebene in dem \( 2,4 GHz\) Frequenzband definiert. In der ersten Erweiterung (IEEE 802.11a) von 1999 wurde das \(5GHz\) Band dem Standard hinzugefügt. In dem ersten Frequenzband können die Frequenzen \( 2,3995GHz - 2,4845GHz\) genutzt werden, dafür wird dieser Bereich in 13 sogenannten Kanäle aufgeteilt. Es werden Kanalbreiten von \(20MHz\) und \(40MHz\) genutzt. Das \(5GHz\) ist in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt, zum einen von \(5,15GHz - 5,35GHZ\) und zum anderen von \(5,5GHz - 5,7GHz\), dabei werden die Kanäle von 36 bis 64 und von 100 bis 140 angeben. Die Kanalbreite kann zwischen \(20MHz\), \(40MHz\), \(80MHz\) und \(1600MHz\) variiert werden. Dabei ist zu beachten, dass die verschiedenen Kanalbreiten erst mit späteren Standards implementiert wurden. Der genannte Standard wurde erstmals 1997 veröffentlicht und wird seitdem immer wieder den aktuellen Anforderungen angepasst. Zunächst wurde die physikalische Ebene in dem \( 2,4 GHz\) Frequenzband definiert. In der ersten Erweiterung (IEEE 802.11a) von 1999 wurde das \(5GHz\) Band dem Standard hinzugefügt. In dem ersten Frequenzband können die Frequenzen \( 2,3995GHz - 2,4845GHz\) genutzt werden, dafür wird dieser Bereich in 13 sogenannten Kanäle aufgeteilt. Es werden Kanalbreiten von \(20MHz\) und \(40MHz\) genutzt. Das \(5GHz\) ist in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt, zum einen von \(5,15GHz - 5,35GHZ\) und zum anderen von \(5,5GHz - 5,7GHz\), dabei werden die Kanäle von 36 bis 64 und von 100 bis 140 angeben. Die Kanalbreite kann zwischen \(20MHz\), \(40MHz\), \(80MHz\) und \(1600MHz\) variiert werden. Dabei ist zu beachten, dass die verschiedenen Kanalbreiten erst mit späteren Standards implementiert wurden.
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Die verschiedenen Korrekturen und Erweiterungen des Standards dienen im Allgemeinen dazu eines oder mehrere der folgenden Kriterien zu verbessern: Geschwindigkeit, Reichweite, Zuverlässigkeit und Effizienz. Die Fortsetzungen wurden beginnend mit dem Buchstaben 'a' begonnen, nachdem das Alphabet vollständig genutzt wurde, werden nun zwei Buchstaben genutzt. Es handelt sich dabei um ein Zahlensystem zur Basis 26. In der Tabelle \ref{tab:wlan} sind einige wichtigere oder bekanntere Erweiterungen des Standards aufgeführt. Die verschiedenen Korrekturen und Erweiterungen des Standards dienen im Allgemeinen dazu eines oder mehrere der folgenden Kriterien zu verbessern: Geschwindigkeit, Reichweite, Zuverlässigkeit und Effizienz. Die Fortsetzungen wurden alphabetisch mit kleinen Buchstaben gekennzeichnet. Nachdem das Alphabet vollständig genutzt wurde, werden nun zwei Buchstaben genutzt. Es handelt sich dabei um ein Zahlensystem zur Basis 26. In der Tabelle \ref{tab:wlan} sind einige wichtigere oder bekanntere Erweiterungen des Standards aufgeführt.
\begin{table}[ht] \begin{table}[ht]
\centering \centering
@@ -23,19 +23,19 @@
\label{tab:wlan} \label{tab:wlan}
\end{table} \end{table}
Die Folge von höheren Frequenzen und Bitraten ist eine nachlassende Reichweite. Daher bieten sich für Anwendungen, bei denen große Bereiche abgedeckt werden sollen, die Standards mit \(2,4 GHz\) oder welche die beiden Bänder koppeln, um dadurch die Reichweite und Geschwindigkeit zu erhöhen. Die Reichweite der Signale ist immer auch von den Interferenzen und den Hindernissen abhängig, daher können nur schwer Zahlen zu Reichweite angegeben werden. Die Folge von höheren Frequenzen und Bitraten ist eine nachlassende Reichweite. Daher bieten sich für Anwendungen, bei denen große Bereiche abgedeckt werden sollen, die Standards mit \(2,4 GHz\) oder welche die beiden Bänder koppeln, um dadurch die Reichweite und Geschwindigkeit zu erhöhen. Die Reichweite der Signale ist immer auch von den Interferenzen und den Hindernissen abhängig. Daher können nur schwer Zahlen zur Reichweite angegeben werden.
Die Verbreitung von WLAN in das alltägliche private Leben begann mit dem 802.11b Standard, weil mehrere Hersteller begannen Geräte für einen moderaten Preis zu verkaufen und diese durch den Standard kompatibel zueinander sein müssen. Dadurch wurde es viel leichter, Laptops und andere mobile Gräte kabellos mit dem Netzwerk zu verbinden. Heute sind in fast jedem Gebäude WLAN-Netzwerke zu finden. Die Verbreitung von WLAN in das alltägliche private Leben begann mit dem 802.11b Standard, weil mehrere Hersteller begannen Geräte für einen moderaten Preis zu verkaufen und diese durch den Standard kompatibel zueinander sein müssen. Dadurch wurde es viel leichter, Laptops und andere mobile Gräte kabellos mit dem Netzwerk zu verbinden. Heute sind in fast jedem Gebäude WLAN-Netzwerke zu finden.
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Auch in der Industrie ist WLAN eine essenzielle Technik, zum Beispiel für automatisierte Lagersysteme mit mobilen Robotern. Auch in der Industrie ist WLAN eine essenzielle Technik, zum Beispiel für automatisierte Lagersysteme mit mobilen Robotern.
\subsection{Ethernet} \subsection{Ethernet}
Ethernet beschreibt nach dem Standard IEEE 802.3 \cite{Ethernet} verschiedene kabelgebundene Möglichkeiten \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etworks (LANs) aufzubauen. Diese Netzwerke werden typischerweise in Gebäuden eingesetzt, mit einer Sterntopologie. Bei der Installation wird hauptsächlich mehradriges Kupferkabel oder Glasfaserkabel genutzt. Das Kupferkabel wird auch Twisted-Pair-Kabel genannt und wird in verschiedene Kategorien eingeteilt, durch diese ist es möglich, die maximale Geschwindigkeit des Kabels abzulesen. Einige dieser Kategorien können in der Tabelle \ref{tab:ethernet} abgelesen werden. Ethernet beschreibt nach dem Standard IEEE 802.3 \cite{Ethernet} verschiedene kabelgebundene Möglichkeiten \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etworks (LANs) aufzubauen. Diese Netzwerke werden typischerweise in Gebäuden eingesetzt mit einer Sterntopologie. Bei der Installation wird hauptsächlich mehradriges Kupferkabel oder Glasfaserkabel genutzt. Das Kupferkabel wird auch Twisted-Pair-Kabel genannt und wird in verschiedene Kategorien eingeteilt, durch diese ist es möglich, die maximale Geschwindigkeit des Kabels abzulesen. Einige dieser Kategorien können in der Tabelle \ref{tab:ethernet} abgelesen werden.
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Glasfaserkabel werden nur in zwei Kategorien eingeteilt. Multimode-Glasfaserkabel werden oft in LANs benutzt, da sie sich eher für kürzere Distanzen eignen. Die Distanz wird durch die Brechung des Lichts und der Verwendung mehrerer Lichtmoden in dem Lichtleiter eingeschränkt. Die Reichweite ist der von Twisted-Pair-Kabeln trotzdem deutlich überlegen. Glasfaserkabel werden nur in zwei Kategorien eingeteilt. Multimode-Glasfaserkabel werden oft in LANs benutzt, da sie sich eher für kürzere Distanzen eignen. Die Distanz wird durch die Brechung des Lichts und der Verwendung mehrerer Lichtmoden in dem Lichtleiter eingeschränkt. Die Reichweite ist der von Twisted-Pair-Kabeln trotzdem deutlich überlegen.
Aufgrund der höheren Fertigungskosten der Singlemode-Glasfaserkabel sind diese eher selten in LANs zu finden. Der Kerndurchmesser des Lichtleiters ist bei diesen Kabeln um ein Vielfaches geringer. Die Reduzierung von \(50\mu m\) bzw. \(62,5\mu m\) auf typischerweise \(8\mu m\) bis \(10\mu m\) und der ausschließlichen Übertragung einer Lichtmode ermöglicht nochmals längere Signalwege. Außerdem bietet die Glasfasertechnologie den Vorteil, unabhängig von elektromagnetischen Störungen zu sein. Aufgrund der höheren Fertigungskosten der Singlemode-Glasfaserkabel sind diese eher selten in LANs zu finden. Der Kerndurchmesser des Lichtleiters ist bei diesen Kabeln um ein Vielfaches geringer. Die Reduzierung von \(50\mu m\) bzw. \(62,5\mu m\) auf typischerweise \(8\mu m\) bis \(10\mu m\) und der ausschließlichen Übertragung einer Lichtmode ermöglicht nochmals längere Signalwege. Außerdem bietet die Glasfasertechnologie den Vorteil, unabhängig von elektromagnetischen Störungen zu sein.
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Die Tabelle \ref{tab:ethernet} zeigt einige Übertragungsstandards von Ethernet, dabei wurde unter anderem die Übertragungsmöglichkeiten über Koaxialkabel aus den Anfängen von Ethernet ausgelassen. Die Tabelle \ref{tab:ethernet} zeigt einige Übertragungsstandards von Ethernet. Dabei wurde unter anderem die Übertragungsmöglichkeiten über Koaxialkabel aus den Anfängen von Ethernet ausgelassen.
\begin{table}[ht] \begin{table}[ht]
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\section{Hardware} \section{Hardware}
In diesem Abschnitt wird zunächst die allgemeine Funktionalität von GNSS-Hardware allgemein und speziell der aktuell auf dem Rover verbauten erklärt. Darauf folgt die Funktionsbeschreibung von PoE-Hardware, die zur späteren Anbindung der RTK-Basisstation benötigt wird. In dem Abschnitt \ref{sec:PoE-Hardware} wird auf die konkret verwendete PoE-Hardware eingegangen, während Abschnitt \ref{sec:GNSS-Hardware} die Auswahl der GNSS-Hardware für die Basisstation beschreibt. In diesem Abschnitt wird zunächst die allgemeine Funktionalität von GNSS-Hardware allgemein und speziell der aktuell auf dem Rover verbauten erklärt. Darauf folgt die Funktionsbeschreibung von PoE-Hardware, die zur späteren Anbindung der RTK-Basisstation benötigt wird. In dem Abschnitt \ref{sec:PoE-Hardware} wird auf die konkret verwendete PoE-Hardware eingegangen, während Abschnitt \ref{sec:GNSS-Hardware} die Auswahl der GNSS-Hardware für die Basisstation beschreibt.
\subsection{GNSS-Modul} \subsection{GNSS-Modul}
Auf dem Markt sind eine Vielzahl von GNSS-Modulen erhältlich. Dessen allgemeine Aufgabe es immer ist, die Position auf der Erde durch die über eine Antenne empfangen Signale zu bestimmen. Die erhältlichen Module unterscheiden sich hauptsächlich in der Genauigkeit und der verfügbaren Features. Die günstigsten Module bieten keine Möglichkeit, die Rohdaten auszugeben oder Korrekturdaten einzuspeisen, weshalb sich weder extern und noch intern Fehlerkorrekturen anwenden lassen und somit die Genauigkeit auf 10 Meter begrenzt ist. Bei professionelleren Modulen ist beides möglich, wodurch sich Positionsbestimmungen im niedrigen Zentimeterbereich realisieren lassen. Auf dem Markt sind eine Vielzahl von GNSS-Modulen erhältlich. Dessen allgemeine Aufgabe es immer ist, die Position auf der Erde durch die über eine Antenne empfangen Signale zu bestimmen. Die erhältlichen Module unterscheiden sich hauptsächlich in der Genauigkeit und der verfügbaren Features. Die günstigsten Module bieten keine Möglichkeit, die Rohdaten auszugeben oder Korrekturdaten einzuspeisen. Deshalb lassen sich weder extern noch intern Fehlerkorrekturen anwenden. Somit ist die Genauigkeit auf 10 Meter begrenzt. Bei professionelleren Modulen ist beides möglich, wodurch sich Positionsbestimmungen im niedrigen Zentimeterbereich realisieren lassen.
\par \par
In dem Rover ist ein GNSS-Chip von u-blox auf einem Entwicklungsmodul von Sparkfun verbaut. Der Chip wird unter dem Namen ZED-F9K-00B vermarktet. Dem Datenblatt des Herstellers \cite{zed-f9k} sind folgende Informationen zu entnehmen. Das Modul unterstützt die Bänder L1/L2/E5b, damit können die Daten von den Systemen BeiDou, Galileo, GLONASS und GPS verarbeitet werden. Unter normalen Bedingungen ist die Position bei einem Kaltstart nach spätestens 30 Sekunden ermittelt und bei einem Warmstart nach 2 Sekunden. In dieses Modul können Korrekturdaten eingespeist werden, allerdings ist es nicht in der Lage diese zu erzeugen. Im RTK-Modus ist die Genauigkeit mit 0,2 Meter angegeben. In dem Rover ist ein GNSS-Chip von u-blox auf einem Entwicklungsmodul von Sparkfun verbaut. Der Chip wird unter dem Namen ZED-F9K-00B vermarktet. Dem Datenblatt des Herstellers \cite{zed-f9k} sind folgende Informationen zu entnehmen:
\begin{itemize}
\item Das Modul unterstützt die Bänder L1/L2/E5b, damit können die Daten von den Systemen BeiDou, Galileo, GLONASS und GPS verarbeitet werden.
\item Unter normalen Bedingungen ist die Position bei einem Kaltstart nach spätestens 30 Sekunden ermittelt und bei einem Warmstart nach 2 Sekunden.
\item In dieses Modul können Korrekturdaten eingespeist werden, allerdings ist es nicht in der Lage diese zu erzeugen.
\item Im RTK-Modus ist die Genauigkeit mit 0,2 Meter angegeben.
\end{itemize}
\subsection{GNSS-Antenne} \subsection{GNSS-Antenne}
Die Antennen von GNSS-Modulen können extern ausgeführt werden oder direkt am Modul verbaut sein und dienen dazu, die Signale der Satelliten zu empfangen. Dabei bieten externe Antennen den Vorteil, unabhängig und für den Empfang optimiert aufgestellt/verbaut werden zu können. Für externe Antenne steht häufig mehr Platz zur Verfügung, deshalb wird Empfangsqualität nicht durch mangelnden Bauraum beeinflusst. Die Antennen von GNSS-Modulen können extern ausgeführt werden oder direkt am Modul verbaut sein und dienen dazu, die Signale der Satelliten zu empfangen. Dabei bieten externe Antennen den Vorteil, unabhängig und für den Empfang optimiert aufgestellt/verbaut werden zu können. Für eine externe Antenne steht häufig mehr Platz zur Verfügung, deshalb wird die Empfangsqualität nicht durch mangelnden Bauraum beeinflusst.
\par \par
Die auf dem Rover extern installierte Antenne wurde wie das GNSS-Modul ebenfalls von u-blox entwickelt und auf die F9-Reihe abgestimmt. Dabei handelt es sich laut Datenblatt \cite{antenneKlein} um eine aktive Antenne, welche die Bänder des GNSS-Moduls unterstützt und darüber hinaus noch die Bänder B2a und NavIC. Das Gehäuse der Antenne misst 60 mm x 82 mm, wobei die Position der eigentlichen im Gehäuse zentriert ist. Angeschlossen wird die Antenne über einen SMA-Stecker. Die auf dem Rover extern installierte Antenne wurde wie das GNSS-Modul ebenfalls von u-blox entwickelt und auf die F9-Reihe abgestimmt. Dabei handelt es sich laut Datenblatt \cite{antenneKlein} um eine aktive Antenne, welche die Bänder des GNSS-Moduls unterstützt und darüber hinaus noch die Bänder B2a und NavIC. Das Gehäuse der Antenne misst 60 mm x 82 mm, wobei die Position der eigentlichen Antenne im Gehäuse zentriert ist. Angeschlossen wird die Antenne über einen SMA-Stecker.
\subsection{PoE Hardware} \subsection{PoE Hardware}
\subsubsection{PoE Extender} \subsubsection{PoE Extender}
Ein PoE Extender wird dafür genutzt, die Reichweite eines mit PoE versehenen Twisted-Pair-Kabel zu verlängern. Die Reichweite wird durch die begrenzte Segmentlänge des verwendeten Mediums beschränkt. Im Fall von Twisted-Pair-Kabeln beträgt diese \(100m\). Der Extender nutzt die über PoE verfügbare Energie zur Signalaufbereitung und gibt das Signal inklusive PoE wieder aus, dabei ist zu beachten, dass aufgrund der verbrauchten Energie das ausgangsseitige PoE um einen Typen verringert wird und somit weniger Leistung zur Verfügung stellt. Ein PoE Extender wird dafür genutzt, die Reichweite eines mit PoE versehenen Twisted-Pair-Kabel zu verlängern. Die Reichweite wird durch die begrenzte Segmentlänge des verwendeten Mediums beschränkt. Im Fall von Twisted-Pair-Kabeln beträgt diese \(100m\). Der Extender nutzt die über PoE verfügbare Energie zur Signalaufbereitung und gibt das Signal inklusive PoE wieder aus. Dabei ist zu beachten, dass aufgrund der verbrauchten Energie das ausgangsseitige PoE um einen Typen verringert wird und somit weniger Leistung zur Verfügung stellt.
\par \par
Speziellere Extender können zusätzlich als Switch fungieren. Diese Extender verfügen typischerweise über zwei Ethernet Ausgänge. Die verfügbare PoE Leistung wird dann auf diese beiden Ports aufgeteilt. \cite{poeextender} Speziellere Extender können zusätzlich als Switch fungieren. Diese Extender verfügen typischerweise über zwei Ethernet Ausgänge. Die verfügbare PoE Leistung wird dann auf diese beiden Ports aufgeteilt. \cite{poeextender}
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@@ -13,19 +13,20 @@
\item eine Kurzbeschreibung des Service, \item eine Kurzbeschreibung des Service,
\item eine Bedingung für den Start, \item eine Bedingung für den Start,
\item die Art des Service, \item die Art des Service,
\item das als Service auszuführende Programm \item das als Service auszuführende Programm und
\item und den Betriebsmodus des Betriebssystems. \item den Betriebsmodus des Betriebssystems.
\end{itemize} \end{itemize}
Durch dieses System wird es ermöglicht, dem Betriebssystem mit geringem Entwicklungsaufwand weitere Services hinzuzufügen, was in dieser Arbeit für Installation der Basisstation von Vorteil ist. Durch dieses System wird es ermöglicht, dem Betriebssystem mit geringem Entwicklungsaufwand weitere Services hinzuzufügen, was in dieser Arbeit für Installation der Basisstation von Vorteil ist.
\subsection{ser2net} \subsection{ser2net}
Die auf GitHub und über die Paketquellen von Debian veröffentliche Software ser2net \cite{ser2net} wird dem Betriebssystem bei Installation als Service hinzugefügt. Mit diesem Service können unter anderem verfügbare Geräte, mit einem seriellen Interface, dem Netzwerk über eine TCP-Verbindung zugänglich gemacht werden. Dafür müssen die Interfaces inklusive der verwendeten Einstellungen wie, die Baudrate in der Konfigurationsdatei unter dem Pfad \url{/etc/ser2net/ser2net.yaml} definiert werden. \label{ssec:ser2net}
Die auf GitHub und über die Paketquellen von Debian veröffentliche Software ser2net \cite{ser2net} wird dem Betriebssystem bei Installation als Service hinzugefügt. Mit diesem Service können unter anderem verfügbare Geräte mit einem seriellen Interface dem Netzwerk über eine TCP-Verbindung zugänglich gemacht werden. Dafür müssen die Interfaces inklusive der verwendeten Einstellungen, wie die Baudrate, in der Konfigurationsdatei unter dem Pfad \url{/etc/ser2net/ser2net.yaml} definiert werden.
\par \par
Dadurch ist es möglich, das GNSS-Modul der Basisstation, der U-Blox Software (siehe Abschnitt \ref{sssec:u-blox}) auf einem im Netzwerk erreichbaren Computer mit Windows als Betriebssystem zur Verfügung zu stellen. Dadurch ist es möglich, das GNSS-Modul der Basisstation der u-blox Software (siehe Abschnitt \ref{sssec:u-blox}) auf einem im Netzwerk erreichbaren Computer mit Windows als Betriebssystem zur Verfügung zu stellen.
\subsection{com0com und com2tcp} \subsection{com0com und com2tcp}
Diese beiden Programme bilden das Gegenstück zu ser2net auf einem Computer mit Windows als Betriebssystem. Dabei stellt das Programm den Treiber für virtuelle COM-Ports zur Verfügung und ermöglicht es mehrere dieser virtuellen Ports miteinander zu verbinden. Dies ist nötig, weil nur ein Programm zurzeit auf einen COM-Port zugreifen kann. Durch die Brücke von zwei virtuellen COM-Ports kann ein Port von der U-Blox Software genutzt werden. Diese beiden Programme bilden das Gegenstück zu ser2net auf einem Computer mit Windows als Betriebssystem. Dabei stellt das Programm den Treiber für virtuelle COM-Ports zur Verfügung und ermöglicht es mehrere dieser virtuellen Ports miteinander zu verbinden. Dies ist nötig, weil nur ein Programm gleichzeitig auf einen COM-Port zugreifen kann. Durch die Brücke von zwei virtuellen COM-Ports kann ein Port von der u-blox Software genutzt werden.
\par \par
Der andere Port wird von dem zweiten Programm (com2tcp) genutzt, um die Verbindung zu ser2net herzustellen. Dafür muss die IP-Adresse des Servers und der Port, auf dem das Interface veröffentlicht wurde, bekannt sein. Der andere Port wird von dem zweiten Programm (com2tcp) genutzt, um die Verbindung zu ser2net herzustellen. Dafür muss die IP-Adresse des Servers und der Port, auf dem das Interface veröffentlicht wurde, bekannt sein.
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\subsubsection{GNSS PostProcessing} \subsubsection{GNSS PostProcessing}
Für die Errichtung einer Basisstation muss die Position der Antenne möglichst exakt bestimmt werden. Die exakteste Möglichkeit bieten dafür sogenannte PostProcessing Dienste. Um diese nutzen zu können, muss der Receiver zunächst die Beobachtungsdaten erstellen und diese im Anschluss im RINEX-Format an der PostProcessing Dienst senden. Für die Errichtung einer Basisstation muss die Position der Antenne möglichst exakt bestimmt werden. Die exakteste Möglichkeit bieten dafür sogenannte PostProcessing Dienste. Um diese nutzen zu können, muss der Receiver zunächst die Beobachtungsdaten erstellen und diese im Anschluss im RINEX-Format an der PostProcessing Dienst senden.
\par \par
Für die Einmessung der zu errichtenden Basisstation wird in dieser Arbeit der kostenlose Service \texttt{Canadian Spatial Reference System Precise Point Positioning} (CSRS-PPP) \cite{canada} genutzt. Zur Berechnung nutzt dieser globale Bahn- und Uhrendaten der Satelliten. Nachdem die Beobachtungsdaten übersendet wurde, wird nach ein paar Stunden, das Ergebnis per E-Mail übersandt. Neben den berechneten Koordinaten mit Angaben zur Genauigkeit werden, Graphen der beobachteten Satelliten dargestellt. Durch diese Graphen kann kontrolliert werden, ob die Antenne freie Sicht auf den Himmel hatte. Für die Einmessung der zu errichtenden Basisstation wird in dieser Arbeit der kostenlose Service \texttt{Canadian Spatial Reference System Precise Point Positioning} (CSRS-PPP) \cite{canada} genutzt. Zur Berechnung nutzt dieser globale Bahn- und Uhrendaten der Satelliten. Nachdem die Beobachtungsdaten übersendet wurde, wird nach ein paar Stunden, das Ergebnis per E-Mail übersandt. Neben den berechneten Koordinaten mit Angaben zur Genauigkeit werden Graphen der beobachteten Satelliten dargestellt. Durch diese Graphen kann kontrolliert werden, ob die Antenne freie Sicht auf den Himmel hatte.
\subsubsection{RTKLib} \subsubsection{RTKLib}
\label{sssec:rtklib} \label{sssec:rtklib}
Die RTKLib \cite{rtklib} ist eine Sammlung von Open-Source-Programmen für GNSS Positionierung. Für Windows gibt es die Programme fertig compiliert und mit einer grafischen Oberfläche, zur Nutzung unter Linux muss der Quellcode eigenständig compiliert werden. Die Hälfte der Programme verfügt über eine CLI und ist somit ohne grafische Benutzeroberfläche nutzbar. Aus dieser Sammlung sind für diese Arbeit zwei der Programme von Bedeutung, welche auch beide über eine CLI verfügen. Die RTKLib \cite{rtklib} ist eine Sammlung von Open-Source-Programmen für GNSS Positionierung. Für Windows gibt es die Programme fertig kompiliert und mit einer grafischen Oberfläche. Zur Nutzung unter Linux muss der Quellcode eigenständig kompiliert werden. Die Hälfte der Programme verfügt über eine CLI und ist somit ohne grafische Benutzeroberfläche nutzbar. Aus dieser Sammlung sind für diese Arbeit zwei der Programme von Bedeutung, welche auch beide über eine CLI verfügen.
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item \textbf{Communication Server} - Für die Verwendung können mehrere Ein- und Ausgänge konfiguriert werden. Die Eingänge werden zusammengeführt und an alles Ausgänge weitergeleitet. Der Eingang ist in dem Kontext dieser Arbeit immer das GNSS-Modul und der Ausgang ist entweder ein Ntrip-Caster oder eine Datei. Die Ausgabe in der Daten in eine Datei ermöglicht es, die Beobachtungsdaten zu persistieren. \item \textbf{Communication Server} - Für die Verwendung können mehrere Ein- und Ausgänge konfiguriert werden. Die Eingänge werden zusammengeführt und an alle Ausgänge weitergeleitet. Der Eingang ist in dem Kontext dieser Arbeit immer das GNSS-Modul und der Ausgang ist entweder ein Ntrip-Caster oder eine Datei. Die Ausgabe der Daten in einer Datei ermöglicht es, die Beobachtungsdaten zu persistieren.
\item \textbf{RINEX Konverter} - Mit diesem Konverter können die Beobachtungsdaten, welche im proprietären Format von U-Blox vorliegen, in das RINEX-Format konvertiert werden. \item \textbf{RINEX Konverter} - Mit diesem Konverter können die Beobachtungsdaten, welche im proprietären Format von u-blox vorliegen, in das RINEX-Format konvertiert werden.
\end{itemize} \end{itemize}
\subsubsection{U-center} \subsubsection{u-center}
\label{sssec:u-blox} \label{sssec:u-blox}
Das U-center \cite{u-center} ist laut dem Hersteller u-blox eine GNSS Evaluierungssoftware für Windows. Das u-center \cite{u-center} ist laut dem Hersteller u-blox eine GNSS Evaluierungssoftware für Windows.
\par \par
Mit dieser lassen sich die Module von u-blox konfigurieren und die eingehenden Daten der Satelliten und des Moduls analysieren und loggen. Besonders die grafische Möglichkeit der Konfiguration erleichtert den Umgang mit diesen Modulen. Für die Evaluation lassen sich Graphen über verschiedene Informationen wie der Drift der Position, die Laufbahn der Satelliten, die Anzahl der Satelliten mit Signalpegel und weitere Werte anzeigen. Mit dieser lassen sich die Module von u-blox konfigurieren und die eingehenden Daten der Satelliten und des Moduls analysieren und loggen. Besonders die grafische Möglichkeit der Konfiguration erleichtert den Umgang mit diesen Modulen. Für die Evaluation lassen sich Graphen über verschiedene Informationen wie der Drift der Position, die Laufbahn der Satelliten, die Anzahl der Satelliten mit Signalpegel und weitere Werte anzeigen.
\par \par
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\subsubsection{RTK2go} \subsubsection{RTK2go}
\label{ssec:rtk2go} \label{ssec:rtk2go}
RTK2go \cite{rtk2go} ist kostenlos nutzbarer Ntrip-Caster. Damit eine Basisstation sich mit RTK2go verbinden kann, muss diese zunächst registriert werden, damit eine Mount Point erstellt werden kann. Anschließend können Korrekturdaten über den Caster veröffentlicht werden, dabei kann jeder auf die veröffentlichten Daten zugreifen. Als Client zur Datennutzung muss lediglich als Benutzername eine valide E-Mail-Adresse hinterlegt werden, die ausschließlich als Kanal für Fehlermeldungen mit der Verbindung genutzt wird. Eine Registrierung als Rover ist daher nicht notwendig. RTK2go \cite{rtk2go} ist ein kostenlos nutzbarer Ntrip-Caster. Damit eine Basisstation sich mit RTK2go verbinden kann, muss diese zunächst registriert werden, damit eine Mount Point erstellt werden kann. Anschließend können Korrekturdaten über den Caster veröffentlicht werden, dabei kann jeder auf die veröffentlichten Daten zugreifen. Als Client zur Datennutzung muss lediglich als Benutzername eine valide E-Mail-Adresse hinterlegt werden, die ausschließlich als Kanal für Fehlermeldungen mit der Verbindung genutzt wird. Eine Registrierung als Rover ist daher nicht notwendig.
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\chapter{Anforderungen} \chapter{Anforderungen}
\label{cha:anforderunge} \label{cha:anforderunge}
In diesem Teil der Arbeit werden die Anforderungen an die verschiedenen Komponenten des Gesamtsystems beschrieben. Dabei wird zunächst auf die Anforderungen der Referenzstation eingegangen, neben den funktionalen Anforderungen sind die durch den Installationsort gegebenen nicht funktionalen Anforderungen besonders bei der Hardwareauswahl zu beachten. In diesem Teil der Arbeit werden die Anforderungen an die verschiedenen Komponenten des Gesamtsystems beschrieben. Dabei wird zunächst auf die Anforderungen der Referenzstation eingegangen. Neben den funktionalen Anforderungen sind die durch den Installationsort gegebenen nicht funktionalen Anforderungen besonders bei der Hardwareauswahl zu beachten.
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Ferner werden Anforderungen zur Erweiterung des Rovers definiert. Ferner werden Anforderungen zur Erweiterung des Rovers definiert.
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Das Gesamtsystem der Station muss im Millimeterbereich eingemessen werden können. Das eingemessene System muss im Dauerbetrieb die Korrekturdaten im RTCM3-Format erstellen und veröffentlichen, dafür soll als Caster der kostenlose RTK2go Service genutzt werden. Die Korrekturdaten sollen für alle aktuell verfügbaren GNSS bereitgestellt werden. Der Wartungsaufwand soll möglichst gering sein. Die komplette Installation muss an dem vorgegebenen Ort sicher angebracht werden und sich diesem anpassen. Das Gesamtsystem der Station muss im Millimeterbereich eingemessen werden können. Das eingemessene System muss im Dauerbetrieb die Korrekturdaten im RTCM3-Format erstellen und veröffentlichen, dafür soll als Caster der kostenlose RTK2go Service genutzt werden. Die Korrekturdaten sollen für alle aktuell verfügbaren GNSS bereitgestellt werden. Der Wartungsaufwand soll möglichst gering sein. Die komplette Installation muss an dem vorgegebenen Ort sicher angebracht werden und sich diesem anpassen.
\subsection{Antennenposition} \subsection{Antennenposition}
Der Installationsort der Antenne muss so gewählt werden, dass die Antenne eine freie Sicht auf den kompletten Himmel hat, dafür eignen sich besonders höher gelegene Orte. Deshalb und aufgrund der vorhandenen Infrastruktur wurde im Vorhinein entschieden, dass die Referenzstation auf dem Flachdach des Fachhochschulgebäudes an der Emil-Figge-Straße 44 in Dortmund errichtet werden soll. Der Installationsort der Antenne muss so gewählt werden, dass die Antenne eine freie Sicht auf den kompletten Himmel hat. Dafür eignen sich besonders höher gelegene Orte. Deshalb und aufgrund der vorhandenen Infrastruktur wurde im Vorhinein entschieden, dass die Referenzstation auf dem Flachdach des Fachhochschulgebäudes an der Emil-Figge-Straße 44 in Dortmund errichtet werden soll.
\subsection{Umweltbedingungen} \subsection{Umweltbedingungen}
Da der Installationsort der Station auf dem Dach der Witterung und der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, müssen die Komponenten entweder wasserfest und UV-beständig sein oder so installiert werden, dass diese vor den genannten Einflüssen geschützt werden. Da der Installationsort der Station auf dem Dach der Witterung und der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, müssen die Komponenten entweder wasserfest und UV-beständig sein oder so installiert werden, dass diese vor den genannten Einflüssen geschützt werden.
\par \par
Des Weiteren müssen alle auf dem Dach installierten Komponenten einen Betriebstemperaturbereich vorweisen, welchen den realen Temperaturen im Außenbereich aller Jahreszeiten entspricht. Dabei muss auch beachtet werden, dass sich Objekte je nach Farbe durch die Sonneneinstrahlung über die Umgebungstemperatur hinaus erhitzen können. Des Weiteren müssen alle auf dem Dach installierten Komponenten einen Betriebstemperaturbereich vorweisen, welchen den realen Temperaturen im Außenbereich aller Jahreszeiten entspricht. Dabei muss auch beachtet werden, dass sich Objekte je nach Farbe durch die Sonneneinstrahlung über die Umgebungstemperatur hinaus erhitzen können.
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Der gewählte Installationsort verfügt über Blitzschutzeinrichtungen, diese dürfen nicht kompromittiert werden. Der gewählte Installationsort verfügt über Blitzschutzeinrichtungen. Diese dürfen darüberhinaus nicht kompromittiert werden.
\subsection{Energieversorgung} \subsection{Energieversorgung}
Die Energieversorgung ist durch ein vorhandenes Ethernetkabel mit PoE++ gegeben. Das Kabel versorgt das vorhandene LoRaWan-Gateway mit Energie und stellt die Netzwerkverbindung her. Dieses Kabel muss so genutzt werden, dass damit die Energieversorgung und die Netzwerkverbindung für die Referenzstation und das LoRaWan-Gateway hergestellt werden kann. Die Energieversorgung ist durch ein vorhandenes Ethernetkabel mit PoE++ gegeben. Das Kabel versorgt das vorhandene LoRaWan-Gateway mit Energie und stellt die Netzwerkverbindung her. Dieses Kabel muss so genutzt werden, dass damit die Energieversorgung und die Netzwerkverbindung für die Referenzstation und das LoRaWan-Gateway hergestellt werden kann.
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\item Mindestens einen USB-Port, \item Mindestens einen USB-Port,
\item Netzwerkschnittstelle mit RJ-45 Buchse, \item Netzwerkschnittstelle mit RJ-45 Buchse,
\item Stromversorgung über PoE oder einer gleichwertigen Alternative, \item Stromversorgung über PoE oder einer gleichwertigen Alternative,
\item Prozessor, auf dem die RTKLib kompiliert werden kann \item Prozessor, auf dem die RTKLib kompiliert werden kann und
\item und eine möglichst geringe Energieaufnahme, welche mit der PoE Lösung kompatibel ist. \item eine möglichst geringe Energieaufnahme, welche mit der PoE Lösung kompatibel ist.
\end{itemize} \end{itemize}
\setlist{} \setlist{}
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\section{Rover} \section{Rover}
\label{sec:rover_req} \label{sec:rover_req}
Die vorhandene Software des Rovers soll um einige Komponenten erweitert werden. Diese Komponenten sollen den Rover im allgemeinen, um die Funktion erweitern mittels GNSS eine Route abzufahren, die zuvor manuell abgefahren wurde. Die Erweiterungen sollen, sofern möglich, an das vorhandene Softwaredesign angepasst sein. Im Folgenden werden die dazu nötigen Anforderungen zu definieren. Die vorhandene Software des Rovers soll um einige Komponenten erweitert werden. Diese Komponenten sollen den Rover im Allgemeinen um die Funktion erweitern, mittels GNSS eine Route abzufahren, die zuvor manuell abgefahren wurde. Die Erweiterungen sollen, sofern möglich, an das vorhandene Softwaredesign angepasst sein. Im Folgenden werden die dazu nötigen Anforderungen zu definieren.
\subsection{Ntrip-Client} \subsection{Ntrip-Client}
Der Rover muss das GNSS-Modul mit Korrekturdaten versorgen, um die benötigte Genauigkeit zu erreichen. Dafür soll der ESP32 über einen Ntrip-Client verfügen, welcher sich mit dem Caster verbindet und die Korrekturdaten empfängt. Es wird davon ausgegangen, dass eine Internetverbindung über WLAN vorhanden ist. Die empfangenen Daten müssen an das GNSS-Modul weitergeleitet werden, dies muss durch die vorhandene Anbindung über SPI geschehen. Der Verbindungsstatus des Clients soll für andere Komponenten verfügbar gemacht werden können, um beispielsweise mit einer Navigationspause während eines Verbindungsabbruches reagieren zu können. Sollte die Verbindung zum WLAN und/oder zu dem Caster verloren gehen, sollen diese, sofern möglich, automatisch wieder aufgebaut werden. Der Rover muss das GNSS-Modul mit Korrekturdaten versorgen, um die benötigte Genauigkeit zu erreichen. Dafür soll der ESP32 über einen Ntrip-Client verfügen, welcher sich mit dem Caster verbindet und die Korrekturdaten empfängt. Es wird davon ausgegangen, dass eine Internetverbindung über WLAN vorhanden ist. Die empfangenen Daten müssen an das GNSS-Modul weitergeleitet werden. Dies muss durch die vorhandene Anbindung über SPI geschehen. Der Verbindungsstatus des Clients soll für andere Komponenten verfügbar gemacht werden können, um beispielsweise mit einer Navigationspause während eines Verbindungsabbruches reagieren zu können. Sollte die Verbindung zum WLAN und/oder zu dem Caster verloren gehen, sollen diese, sofern möglich, automatisch wieder aufgebaut werden.
\subsection{Route} \subsection{Route}
Eine Route soll aus einer Anzahl von Punkten bestehen. Die Punkte sollen die Koordinaten für Längen- und Breitengrad enthalten, zusätzlich können Metadaten wie die geschätzte Genauigkeit der Koordinaten mit gespeichert werden. Aufgezeichnete Punkte müssen in einer festen Reihenfolge gespeichert werden. Die Strecken zwischen den Punkten müssen Geraden sein. Eine Route soll aus einer Anzahl von Punkten bestehen. Die Punkte sollen die Koordinaten für Längen- und Breitengrad enthalten, zusätzlich können Metadaten wie die geschätzte Genauigkeit der Koordinaten mit gespeichert werden. Aufgezeichnete Punkte müssen in einer festen Reihenfolge gespeichert werden. Die Strecken zwischen den Punkten müssen Geraden sein.
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@@ -1,6 +1,6 @@
\chapter{Hardwareauswahl} \chapter{Hardwareauswahl}
\label{cha:Hardwareauswahl} \label{cha:Hardwareauswahl}
Dieses Kapitel widmet sich der Auswahl passender Komponenten für die Basisstation und der Erweiterung des Rovers. Die zu installierende Basisstation soll fortan dauerhaft betrieben werden, deshalb muss diese wie in den Anforderungen beschrieben (siehe Abschnitt \ref{sec:referenzstation_req}) unabhängig von anderen Teilen dieser Arbeit funktionsfähig sein und den Witterungsbedingungen an dem Installationsort standhalten. Dieses Kapitel widmet sich der Auswahl passender Komponenten für die Basisstation und der Erweiterung des Rovers. Die zu installierende Basisstation soll fortan dauerhaft betrieben werden. Deshalb muss diese wie in den Anforderungen beschrieben (siehe Abschnitt \ref{sec:referenzstation_req}) unabhängig von anderen Teilen dieser Arbeit funktionsfähig sein und den Witterungsbedingungen an dem Installationsort standhalten.
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Bei einer Begutachtung des Installationsortes mit dem Personal des Gebäudemanagements wurde die Installation entsprechend der Abbildung \ref{fig:dach_vorher} vorgefunden. Da der verbleibende Raum in dem vorhandenen Installationskasten voraussichtlich nicht für die Installation des gesamten Systems der Referenzstation ausreichend ist, wurde die mündliche Genehmigung erteilt, einen weiteren Installationskasten unter dem bereits vorhanden zu installieren. Um die passende Halterung für einen weiteren Kasten bestimmen zu können, wurde der Durchmesser des Pfostens mit \(90 mm\) festgehalten. Weiterhin wurde über die Position der Antenne gesprochen, das Problem lag darin, dass durch die Luftschächte der Klimatisierung die Antenne zu Teilen vom Himmel abgeschattet wäre, wenn diese direkt an dem vorhandenen Pfosten angebracht würde. Deshalb wurde sich auf darauf geeinigt, dass der Pfosten bis auf die Höhe der Luftschächte mittels eines C-Profils verlängert werden darf. Es wurde vorgeschlagen, das Profil an der bereits vorhanden Halterung des Treibers für die Richtfunkantenne zu befestigen. Bei einer Begutachtung des Installationsortes mit dem Personal des Gebäudemanagements wurde die Installation entsprechend der Abbildung \ref{fig:dach_vorher} vorgefunden. Da der verbleibende Raum in dem vorhandenen Installationskasten voraussichtlich nicht für die Installation des gesamten Systems der Referenzstation ausreichend ist, wurde die mündliche Genehmigung erteilt, einen weiteren Installationskasten unter dem bereits vorhanden zu installieren. Um die passende Halterung für einen weiteren Kasten bestimmen zu können, wurde der Durchmesser des Pfostens mit \(90 mm\) festgehalten. Weiterhin wurde über die Position der Antenne gesprochen, das Problem lag darin, dass durch die Luftschächte der Klimatisierung die Antenne zu Teilen vom Himmel abgeschattet wäre, wenn diese direkt an dem vorhandenen Pfosten angebracht würde. Deshalb wurde sich auf darauf geeinigt, dass der Pfosten bis auf die Höhe der Luftschächte mittels eines C-Profils verlängert werden darf. Es wurde vorgeschlagen, das Profil an der bereits vorhanden Halterung des Treibers für die Richtfunkantenne zu befestigen.
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\subsection{PoE-Extender} \subsection{PoE-Extender}
Der gewählte Extender kann als Ethernet-Switch betrachtet werden, der sich selbst über die Stromversorgung des PoE-Kabels am Eingang versorgt und gleichzeitig zwei Ausgangsports bietet, an denen auch PoE anliegt. Die Leistung wird dabei zwischen den beiden Ports aufgeteilt, sodass es sich nach der Aufteilung nur noch um PoE+ Ports handelt. Die verfügbare Leistung je Port würde somit \(30W\) betragen, dies stellt die Versorgung der vorhanden Installation sicher, da im Datenblatt des LoRaWAN Gateways \cite[]{lorawangateway} eine Stromaufnahme von unter \(10W\) aufgeführt wird. Der gewählte Extender kann als Ethernet-Switch betrachtet werden, der sich selbst über die Stromversorgung des PoE-Kabels am Eingang versorgt und gleichzeitig zwei Ausgangsports bietet, an denen auch PoE anliegt. Die Leistung wird dabei zwischen den beiden Ports aufgeteilt, sodass es sich nach der Aufteilung nur noch um PoE+ Ports handelt. Die verfügbare Leistung je Port würde somit \(30W\) betragen, dies stellt die Versorgung der vorhanden Installation sicher, da im Datenblatt des LoRaWAN Gateways \cite[]{lorawangateway} eine Stromaufnahme von unter \(10W\) aufgeführt wird.
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Bei dem ausgewählten Geräte handelt es sich um das Modell TI-BE200 von der Firma TRENDnet, welches im Datenblatt als \glqq Industrieller 2-Port Gigabit PoE++ Extender für den Bei dem ausgewählten Gerät handelt es sich um das Modell TI-BE200 von der Firma TRENDnet, welches im Datenblatt als \glqq Industrieller 2-Port Gigabit PoE++ Extender für den Außenbereich\grqq \cite[]{poeextender} bezeichnet wird. Des Weiteren wird die Schutzklasse IP67 und ein Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(75^\circ C\) angegeben. Das Gehäuse verfügt über Löcher für eine Wandmontage. Für die Montage müssen diese Abmessungen beachtet werden 44 mm x 74 mm x 167 mm (hxbxt). Die Abbildung \ref{fig:poeextenderkasten} zeigt den installierten PoE-Extender.
Außenbereich\grqq \cite[]{poeextender} bezeichnet wird. Des Weiteren wird die Schutzklasse IP67 und ein Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(75^\circ C\) angegeben. Das Gehäuse verfügt über Löcher für eine Wandmontage. Für die Montage müssen diese Abmessungen beachtet werden 44 mm x 74 mm x 167 mm (hxbxt). Die Abbildung \ref{fig:poeextenderkasten} zeigt den installierten PoE-Extender.
\subsection{PoE-Splitter} \subsection{PoE-Splitter}
Ein PoE-Splitter stellt ein Netzteil für nicht PoE-fähige Geräte dar. Dazu wird die Energieversorgung des PoE-Kabels genutzt, um eine gängige Spannung über ein Terminalblock oder ähnlichem auszugeben. Zusätzlich stellt ein Splitter, die eine Netzwerkverbindung ohne PoE zur Verfügung. Ein PoE-Splitter stellt ein Netzteil für nicht PoE-fähige Geräte dar. Dazu wird die Energieversorgung des PoE-Kabels genutzt, um eine gängige Spannung über einen Terminalblock oder ähnlichem auszugeben. Zusätzlich stellt ein Splitter, die eine Netzwerkverbindung ohne PoE zur Verfügung.
\par \par
Ausgesucht wurde das Gerät EX-60326 von der Firma Exsys \cite[]{poesplitter}. Der Splitter kann einen Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(80^\circ C\) aufweisen. Da allerdings keine Schutzklasse nach IP gegeben ist, muss der Splitter zwingend in einem zusätzlichen Gehäuse verbaut werden. Für die Montage eine vormontierte Hutschienenhalterung angeboten und als Alternative eine Platte zur Wandmontage. Die Gleichspannung am Ausgang mit Klemmverschraubungen beträgt \(12V\) und ist auf \(3A\) beziehungsweise \(36W\) beschränkt. Bei der Verwendung in der angestrebten Installation wird die Leistung weiter dadurch begrenzt, dass über das eingehende PoE-Kabel lediglich \(30W\) zur Verfügung stehen. Es besteht jedoch eine ausreichend hohe Differenz zwischen der benötigen und der verfügbaren Leistung, da wie in Abschnitt \ref{sec:computer} beschrieben die maximale Leistungsaufnahme des Computers \(10W\) nicht überschreitet. Der PoE-Splitter ist auf der Abbildung \ref{fig:vorbereitetKasten} ganz links zu sehen. Ausgesucht wurde das Gerät EX-60326 von der Firma Exsys \cite[]{poesplitter}. Der Splitter kann einen Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(80^\circ C\) aufweisen. Da allerdings keine Schutzklasse nach IP gegeben ist, muss der Splitter zwingend in einem zusätzlichen Gehäuse verbaut werden. Für die Montage wird eine vormontierte Hutschienenhalterung angeboten und als Alternative eine Platte zur Wandmontage. Die Gleichspannung am Ausgang mit Klemmverschraubungen beträgt \(12V\) und ist auf \(3A\) beziehungsweise \(36W\) beschränkt. Bei der Verwendung in der angestrebten Installation wird die Leistung weiter dadurch begrenzt, dass über das eingehende PoE-Kabel lediglich \(30W\) zur Verfügung stehen. Es besteht jedoch eine ausreichend hohe Differenz zwischen der benötigen und der verfügbaren Leistung, da wie in Abschnitt \ref{sec:computer} beschrieben die maximale Leistungsaufnahme des Computers \(10W\) nicht überschreitet. Der PoE-Splitter ist auf der Abbildung \ref{fig:vorbereitetKasten} ganz links zu sehen.
\section{GNSS-Hardware} \section{GNSS-Hardware}
\label{sec:GNSS-Hardware} \label{sec:GNSS-Hardware}
Da der Rover bereits mit einem GNSS-Modul und einer passenden Antenne ausgestattet ist, muss lediglich für die Basisstation weitere Hardware angeschafft werden. Dabei ist zu beachten, dass nicht die gleiche Hardware wie die des Rovers verwendet werden kann, weil GNSS-Modul ZED-F9K lediglich Korrekturdaten für die eigene Positionsbestimmung verarbeiten und keine Korrekturdaten für andere GNSS-Module erzeugen kann. Da der Rover bereits mit einem GNSS-Modul und einer passenden Antenne ausgestattet ist, muss lediglich für die Basisstation weitere Hardware angeschafft werden. Dabei ist zu beachten, dass nicht die gleiche Hardware wie die des Rovers verwendet werden kann, weil das GNSS-Modul ZED-F9K lediglich Korrekturdaten für die eigene Positionsbestimmung verarbeiten und keine Korrekturdaten für andere GNSS-Module erzeugen kann.
\subsubsection{GNSS-Modul} \subsubsection{GNSS-Modul}
Für die Basisstation wurde ein Modul aus der gleichen Produktfamilie gewählt. Die Bezeichnungen unterscheiden sich nur durch das letzte Zeichen. Der U-Blox Chip ZED-F9P \cite[]{zed-f9p} kann die benötigten Korrekturdaten erzeugen. Für die Integration in das Gesamtsystem wurde das von SparkFun \cite[]{sparkZedf9p} kreierte Entwicklungsboard mit dem ZED-F9P ausgewählt. Dieses verfügt, ähnlich wie das GNSS-Board des Rovers, über einen USB-C-Anschluss, Stiftleisten unter anderem mit I2C, SPI und zwei Serial Ports sowie einer SMA-Buchse für den Anschluss der GNSS-Antenne. Außerdem zeigen auf dem Board angebrachte LEDs an, ob Positionsbestimmung zurzeit möglich ist und ob RTK verwendet wird. Der Betriebstemperaturbereich des ZED-F9P reicht von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\). Für die Basisstation wurde ein Modul aus der gleichen Produktfamilie gewählt. Die Bezeichnungen unterscheiden sich nur durch das letzte Zeichen. Der u-blox Chip ZED-F9P \cite[]{zed-f9p} kann die benötigten Korrekturdaten erzeugen. Für die Integration in das Gesamtsystem wurde das von SparkFun \cite[]{sparkZedf9p} kreierte Entwicklungsboard mit dem ZED-F9P ausgewählt. Dieses verfügt, ähnlich wie das GNSS-Board des Rovers, über einen USB-C-Anschluss, Stiftleisten unter anderem mit I2C, SPI und zwei Serial Ports sowie einer SMA-Buchse für den Anschluss der GNSS-Antenne. Außerdem zeigen auf dem Board angebrachte LEDs an, ob Positionsbestimmung zurzeit möglich ist und ob RTK verwendet wird. Der Betriebstemperaturbereich des ZED-F9P reicht von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\).
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Ausschlaggebenden für die Auswahl dieses, in Abbildung \ref{fig:zedf9p} gezeigten, Moduls war die einfache Verbindung des Moduls über USB-C mit dem Computer, den passenden Betriebstemperaturbereich und die bereits bekannte Software der Produktfamilie zur Konfiguration des Moduls. Ausschlaggebenden für die Auswahl dieses, in Abbildung \ref{fig:zedf9p} gezeigten, Moduls war die einfache Verbindung des Moduls über USB-C mit dem Computer, den passenden Betriebstemperaturbereich und die bereits bekannte Software der Produktfamilie zur Konfiguration des Moduls.
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\end{figure} \end{figure}
\subsubsection{GNSS-Antenne} \subsubsection{GNSS-Antenne}
Bei der gewählten Antenne, welche in Abbildung \ref{fig:antenneDach} zu sehen ist, handelt es sich um das Modell JCA228F von der Firma Jinchang Electron \cite[]{antenneDach}. Diese wird als GNSS Multi-Band Surveying Antenne vermarktet und eignet sich besonders für den stationären Einsatz als Referenzstation. Die Antenne erfüllt die Anforderungen der IP 67 Schutzklasse und ist zusätzlich mit dem Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\) für ganzjährigen ungeschützten Einsatz im Freien geeignet. Da es sich um eine aktive Antenne handelt, wird diese über das GNSS-Modul mit Strom versorgt, dabei sind Gleichspannungen von \(3V - 12V\) zulässig. Die Stromaufnahme wird mit kleiner gleich \(50mA\) angegeben. Es werden alle Frequenzbänder der aktuellen GNSS unterstützt. Die Montage erfolgt, in dem die Antenne auf eine \(\frac{5}{8}\) Zoll Schraube mit 11 Gewindegängen pro Zoll nach dem amerikanischen UNC (5/8''-11UNC) Standard aufgeschraubt wird. An der Antenne befindet sich eine TNC-Buchse zur Verbindung mit dem GNSS-Modul, da sich die Anschlüsse unterscheiden braucht es ein Adapterkabel, welches mit einem TNC-Stecker und einem SMA-Stecker endet. Das erworbene Antennenkabel weist eine Länge von \(2,5m\) auf. Bei der gewählten Antenne, welche in Abbildung \ref{fig:antenneDach} zu sehen ist, handelt es sich um das Modell JCA228F von der Firma Jinchang Electron \cite[]{antenneDach}. Diese wird als GNSS Multi-Band Surveying Antenne vermarktet und eignet sich besonders für den stationären Einsatz als Referenzstation. Die Antenne erfüllt die Anforderungen der IP 67 Schutzklasse und ist zusätzlich mit dem Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\) für ganzjährigen ungeschützten Einsatz im Freien geeignet. Da es sich um eine aktive Antenne handelt, wird diese über das GNSS-Modul mit Strom versorgt. Dabei sind Gleichspannungen von \(3V - 12V\) zulässig. Die Stromaufnahme wird mit kleiner gleich \(50mA\) angegeben. Es werden alle Frequenzbänder der aktuellen GNSS unterstützt. Die Montage erfolgt, in dem die Antenne auf eine \(\frac{5}{8}\) Zoll Schraube mit 11 Gewindegängen pro Zoll nach dem amerikanischen UNC (5/8''-11UNC) Standard aufgeschraubt wird. An der Antenne befindet sich eine TNC-Buchse zur Verbindung mit dem GNSS-Modul, da sich die Anschlüsse unterscheiden braucht es ein Adapterkabel, welches mit einem TNC-Stecker und einem SMA-Stecker endet. Das erworbene Antennenkabel weist eine Länge von \(2,5m\) auf.
\begin{figure}[ht] \begin{figure}[ht]
\centering \centering
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\end{figure} \end{figure}
\section{Installationskasten} \section{Installationskasten}
Für Installation der nicht wasserfesten Komponenten wird ein Installationskasten benötigt, um diese zu schützen. Für ein einheitlicheres Bild wurde ein Kasten von derselben Firma, wie der vorhandene Gewählt. Allerdings wurde für günstigere Temperaturen in dem Kasten die helle Ausführung gewählt. Bei dem Installationskasten handelt es sich um den \texttt{KF 5000 H} von der Firma Hensel. Laut des Datenblatts \cite{kasten} verfügt dieser über die Schutzklassen IP66, TP67 und IP69. Unter dem Punkt Umgebungsbedingungen wird als Einsatzgebiet die ungeschützte Installation genannt, dabei ist die Umgebungstemperatur von \(-25^\circ C\) bis \(70^\circ C\) angegeben. Als Ausnahme wird die maximale Umgebungstemperatur über 24 Stunden mit \(55^\circ C\) angegeben. Durch diese Eigenschaften ist der Kasten für die Dachinstallation geeignet. Für Installation der nicht wasserfesten Komponenten wird ein Installationskasten benötigt, um diese zu schützen. Für ein einheitlicheres Bild wurde ein Kasten von derselben Firma, wie der vorhandene gewählt. Allerdings wurde für günstigere Temperaturen in dem Kasten die helle Ausführung gewählt. Bei dem Installationskasten handelt es sich um den \texttt{KF 5000 H} von der Firma Hensel. Laut des Datenblatts \cite{kasten} verfügt dieser über die Schutzklassen IP66, TP67 und IP69. Unter dem Punkt Umgebungsbedingungen wird als Einsatzgebiet die ungeschützte Installation genannt, dabei ist die Umgebungstemperatur von \(-25^\circ C\) bis \(70^\circ C\) angegeben. Als Ausnahme wird die maximale Umgebungstemperatur über 24 Stunden mit \(55^\circ C\) angegeben. Durch diese Eigenschaften ist der Kasten für die Dachinstallation geeignet.
\par \par
Die Innenmaße bieten bei einer hochkantigen Ausrichtung einen Installationsraum von 320x215x106mm (hxbxt). Somit lassen sich der Computer, der PoE-Splitter und das GNSS-Modul nebeneinander platzieren. Die Montage soll auf einer Hutschiene stattfinden, die dem Kasten noch hinzugefügt wird. Außerdem müssen für den Computer und das GNSS-Modul entsprechende Halterungen geschaffen werden. Die Innenmaße bieten bei einer hochkantigen Ausrichtung einen Installationsraum von 320x215x106mm (hxbxt). Somit lassen sich der Computer, der PoE-Splitter und das GNSS-Modul nebeneinander platzieren. Die Montage soll auf einer Hutschiene stattfinden, die dem Kasten noch hinzugefügt wird. Außerdem müssen für den Computer und das GNSS-Modul entsprechende Halterungen geschaffen werden.
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\label{sec:gyroskop} \label{sec:gyroskop}
Die Anforderung ein Gyroskop zu integrieren soll durch das GY-521 Modul \cite[]{gyroskop} von AZ-Delivery erfüllt werden. Auf dem Modul ist ein Chip mit der Bezeichnung MPU-6050 aufgelötet. Dieser vereinigt einen 3-Achsen Gyroskop und eine 3-Achsen Beschleunigungssensor. Das Gyroskop kann auf den Bereich der erwarteten Winkelgeschwindigkeiten eingestellt werden, diese reichen von \(\pm 250^\circ/sec\) bis \(\pm 2000^\circ/sec\). Der Beschleunigungssensor ist ebenfalls anpassbar, von \(\pm 2g\) bis \(\pm 16g\). Die analogen Werte der Sensoren werden mit 16-Bit ADC digitalisiert. Des Weiteren verfügt der MPU-6050 über einen Digital Motion Processor (DMP), dieser kann zu den vom Sensor erzeugten 6-Achsen zusätzlich die 3-Achsen von einem extern über I2C angeschlossenen Magnetometer verrechnen. Die Daten, welche durch diese Sensorfusion entstehen, erhöhen die Genauigkeit, ergeben ein Zugewinn an Information bezüglich der Ausrichtung des Chips und erlauben es dem Nutzer diese zentral abzurufen. Die Anforderung ein Gyroskop zu integrieren soll durch das GY-521 Modul \cite[]{gyroskop} von AZ-Delivery erfüllt werden. Auf dem Modul ist ein Chip mit der Bezeichnung MPU-6050 aufgelötet. Dieser vereinigt einen 3-Achsen Gyroskop und eine 3-Achsen Beschleunigungssensor. Das Gyroskop kann auf den Bereich der erwarteten Winkelgeschwindigkeiten eingestellt werden, diese reichen von \(\pm 250^\circ/sec\) bis \(\pm 2000^\circ/sec\). Der Beschleunigungssensor ist ebenfalls anpassbar, von \(\pm 2g\) bis \(\pm 16g\). Die analogen Werte der Sensoren werden mit 16-Bit ADC digitalisiert. Des Weiteren verfügt der MPU-6050 über einen Digital Motion Processor (DMP), dieser kann zu den vom Sensor erzeugten 6-Achsen zusätzlich die 3-Achsen von einem extern über I2C angeschlossenen Magnetometer verrechnen. Die Daten, welche durch diese Sensorfusion entstehen, erhöhen die Genauigkeit, ergeben ein Zugewinn an Information bezüglich der Ausrichtung des Chips und erlauben es dem Nutzer diese zentral abzurufen.
\par \par
Die Kommunikation findet über I2C statt, dies ermöglicht die Einbindung des Sensors in das bestehende System. Durch das Board von AZ-Delivery ist eine Versorgung mit der gegebenen Spannung von \(5V\) möglich. Der bereits verbaute Kompass könnte vom ESP32 getrennt und an das GY-521 Modul angeschlossen werden. Die Kommunikation findet über I2C statt. Dies ermöglicht die Einbindung des Sensors in das bestehende System. Durch das Board von AZ-Delivery ist eine Versorgung mit der gegebenen Spannung von \(5V\) möglich. Der bereits verbaute Kompass könnte vom ESP32 getrennt und an das GY-521 Modul angeschlossen werden.
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Für die Errichtung der Referenzstation stellte sich zunächst die Frage, wie das System aufgebaut werden soll. Dabei sind die bereits beschriebenen Anforderungen im Abschnitt \ref{sec:referenzstation_req} entstanden. Um das System den Anforderungen entsprechend erstellen zu können, wurde die Hardwareauswahl in dem vorangegangenen Kapitel \ref{cha:Hardwareauswahl} bereits beschrieben. Deshalb wird in diesem Abschnitt, die noch fehlende Installation und Konfiguration der Komponenten thematisiert. Weiterhin werden für die vollständige Montage Formteile benötigt, welche mit einem 3D-Drucker produziert werden sollen. Für die Errichtung der Referenzstation stellte sich zunächst die Frage, wie das System aufgebaut werden soll. Dabei sind die bereits beschriebenen Anforderungen im Abschnitt \ref{sec:referenzstation_req} entstanden. Um das System den Anforderungen entsprechend erstellen zu können, wurde die Hardwareauswahl in dem vorangegangenen Kapitel \ref{cha:Hardwareauswahl} bereits beschrieben. Deshalb wird in diesem Abschnitt, die noch fehlende Installation und Konfiguration der Komponenten thematisiert. Weiterhin werden für die vollständige Montage Formteile benötigt, welche mit einem 3D-Drucker produziert werden sollen.
\subsection{Installation Betriebssystem} \subsection{Installation Betriebssystem}
Im ersten Schritt muss der Server betriebsbereit gemacht werden, dafür muss ein Betriebssystem installiert werden. Dazu soll das in Unterabschnitt \ref{ssec:debian} beschriebene Debian genutzt werden. Im ersten Schritt muss die Betriebsbereitschaft des Servers hergestellt werden. Dafür muss ein Betriebssystem installiert werden. Dazu soll das in Unterabschnitt \ref{ssec:debian} beschriebene Debian genutzt werden.
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Da der Server über übliche Anschlüsse für einen Monitor verfügt, kann die Installation über den Installationsassistenten mittels Tastatur und Bildschirm durchgeführt werden. Dafür wurde die iso-Datei von Debian so auf einen USB-Stick geschrieben, dass dieser Bootfähig ist. Während der Installation wurden die meisten Einstellungen bei ihrem Standard belassen. Da der Server über übliche Anschlüsse für einen Monitor verfügt, kann die Installation über den Installationsassistenten mittels Tastatur und Bildschirm durchgeführt werden. Dafür wurde die iso-Datei von Debian so auf einen USB-Stick geschrieben, dass dieser bootfähig ist. Während der Installation wurden die meisten Einstellungen bei ihrem Standard belassen.
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Nach der erfolgreichen Installation des Betriebssystems wurde sich zunächst als root-Benutzer angemeldet, um die ersten grundlegenden Einstellungen zu tätigen. Nach der erfolgreichen Installation des Betriebssystems wurde sich zunächst als root-Benutzer angemeldet, um die ersten grundlegenden Einstellungen zu tätigen.
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Danach wird der root-Benutzer abgemeldet und nur noch der rtk-Benutzer verwendet. Befehle können nun mit einem vorangestellten \mintinline{bash}|sudo| als Administrator ausgeführt werden. Danach wird der root-Benutzer abgemeldet und nur noch der rtk-Benutzer verwendet. Befehle können nun mit einem vorangestellten \mintinline{bash}|sudo| als Administrator ausgeführt werden.
\subsubsection{SSH-Server} \subsubsection{SSH-Server}
Der SSH-Server wird ebenfalls über die Paketquellen installiert, der Paketname entspricht der Überschrift dieses Abschnitts. Mit einem SSH-Server wird die Verwaltung des Systems über das Netzwerk ermöglicht und damit der Zugriff auf das Terminal erheblich zu vereinfacht. Der Server kann in mit den Standardeinstellungen betrieben werden, für eine erhöhte Sicherheit wird jedoch der Log-in mit dem root-Benutzer verboten. Dafür wird in der Konfigurationsdatei (\url{/etc/ssh/sshd_config}) die Zeile \mintinline{text}|PermitRootLogin no| ergänzt und der SSH-Server anschließend mit \mintinline{bash}|sudo service sshd restart| neu gestartet. Der SSH-Server wird ebenfalls über die Paketquellen installiert, der Paketname entspricht der Überschrift dieses Abschnitts. Mit einem SSH-Server wird die Verwaltung des Systems über das Netzwerk ermöglicht und damit der Zugriff auf das Terminal erheblich zu vereinfacht. Der Server kann mit den Standardeinstellungen betrieben werden, für eine erhöhte Sicherheit wird jedoch der Log-in mit dem root-Benutzer verboten. Dafür wird in der Konfigurationsdatei (\url{/etc/ssh/sshd_config}) die Zeile \mintinline{text}|PermitRootLogin no| ergänzt und der SSH-Server anschließend mit \mintinline{bash}|sudo service sshd restart| neu gestartet.
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Ab diesem Zeitpunkt der Installation kann der Server ohne Monitor und Tastatur betrieben werden. Es ist nur noch eine die Netzwerkverbindung und die Stromversorgung notwendig. Für den Log-in wird ein SSH-Client, die Zugangsdaten und die Adresse des Servers benötigt. Ab diesem Zeitpunkt der Installation kann der Server ohne Monitor und Tastatur betrieben werden. Es ist nur noch eine die Netzwerkverbindung und die Stromversorgung notwendig. Für den Log-in wird ein SSH-Client, die Zugangsdaten und die Adresse des Servers benötigt.
\subsection{ser2net vorbereiten} \subsection{ser2net vorbereiten}
Die Konfiguration der GNSS-Module von U-Blox lässt sich am einfachsten mit dem u-center (siehe Abschnitt \ref{sssec:u-blox}) erledigen. Da das u-center ausschließlich unter Windows verfügbar und ein Programm mit grafischer Oberfläche ist, kann es nicht auf dem Server ausgeführt werden. Allerdings ist es nicht praktikabel, das GNSS-Modul aus dem System der Referenzstation zu entfernen, um es an einem anderen Computer zu konfigurieren. Deshalb bietet sich die Installation von ser2net an, damit die Verbindung zwischen dem u-center und dem GNSS-Modul über eine Netzwerkverbindung aufgebaut werden kann. Die Konfiguration der GNSS-Module von u-blox lässt sich am einfachsten mit dem u-center (siehe Abschnitt \ref{sssec:u-blox}) erledigen. Da das u-center ausschließlich unter Windows verfügbar und ein Programm mit grafischer Oberfläche ist, kann es nicht auf dem Server ausgeführt werden. Allerdings ist es nicht praktikabel, das GNSS-Modul aus dem System der Referenzstation zu entfernen, um es an einem anderen Computer zu konfigurieren. Deshalb bietet sich die Installation von ser2net an, damit die Verbindung zwischen dem u-center und dem GNSS-Modul über eine Netzwerkverbindung aufgebaut werden kann.
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Die Installation erfolgt über die Paketquellen mit \mintinline{bash}|sudo apt-get install ser2net|. Das Programm wird dem Betriebssystem als Service hinzugefügt und läuft damit ständig. Da die Verbindung nur zur Verfügung stehen soll, wenn diese auch benötigt wird, kann der automatische Start des Service beim Bootvorgang mit dem Befehl Die Installation erfolgt über die Paketquellen mit \mintinline{bash}|sudo apt-get install ser2net|. Das Programm wird dem Betriebssystem als Service hinzugefügt und läuft damit ständig. Da die Verbindung nur zur Verfügung stehen soll, wenn diese auch benötigt wird, kann der automatische Start des Service beim Bootvorgang mit dem Befehl
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sudo systemctl disable ser2net sudo systemctl disable ser2net
\end{minted} \end{minted}
deaktiviert werden. Die nächsten beiden Befehle sind zum Stoppen und starten des Services. Nach der Deaktivierung läuft der Service weiter, bis der Computer neu gestartet oder der Service mit dem ersten Befehl gestoppt wird. deaktiviert werden. Die nächsten beiden Befehle sind zum Starten und Stoppen des Services. Nach der Deaktivierung läuft der Service weiter, bis der Computer neu gestartet oder der Service mit dem ersten Befehl gestoppt wird.
\begin{minted}[linenos, gobble=4]{bash} \begin{minted}[linenos, gobble=4]{bash}
sudo systemctl stop ser2net sudo systemctl stop ser2net
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\begin{itemize} \begin{itemize}
\item die \textbf{Antenne} soll am Ende des C-Profils, welches zur Verlängerung des Pfostens dient, befestigt werden. Dafür wurde ein Formteil konstruiert (siehe Abbildung \ref{fig:antenneHalterung}). Im Wesentlichen besteht dieses Teil aus einem Quader, welcher in das C-Profil eingeführt werden kann. Der Quader verfügt über eine Bohrung, damit dieser mittels einer Schrauben-Mutter-Kombination am C-Profil fixiert werden kann. Am oberen Ende befindet sich ein Gewinde, auf welches die Antenne aufgeschraubt werden kann, \item die \textbf{Antenne} soll am Ende des C-Profils, welches zur Verlängerung des Pfostens dient, befestigt werden. Dafür wurde ein Formteil konstruiert (siehe Abbildung \ref{fig:antenneHalterung}). Im Wesentlichen besteht dieses Teil aus einem Quader, welcher in das C-Profil eingeführt werden kann. Der Quader verfügt über eine Bohrung, damit dieser mittels einer Schrauben-Mutter-Kombination am C-Profil fixiert werden kann. Am oberen Ende befindet sich ein Gewinde, auf welches die Antenne aufgeschraubt werden kann,
\item der \textbf{Installationskasten} soll unterhalb des vorhandenen Kastens am Pfosten angebracht werden. Als Maße stehen der gemessene Durchmesser des Pfostens (\(90mm\)) und der aus dem Datenblatt \cite[]{kasten} verfügbare Lochabstand der Befestigungslöcher des Kastens. Mit diesen Werten konnte eine Halterung konstruiert werden, welche aus zwei Halbschalen besteht. Eine Halbschale verfügt über abstehende Arme mit vorhandenen Löchern für M4-Schrauben, an denen der Kasten befestigt werden kann. Die M4-Schrauben können von hinten mit der passenden Mutter gesichert werden. In die gleiche Halbschale können passgenau M8-Muttern eingelegt werden. Die andere Halbschale verfügt über die Löcher und Vertiefungen, um diese mit zwei M8-Schrauben an der anderen Halbschale befestigen zu können. Die Halterungen wurde für den oberen und den unteren Teil des Kastens jeweils einmal ausgedruckt. Eine Halterung ist in Abbildung \ref{fig:halbschalen} zu sehen, \item der \textbf{Installationskasten} soll unterhalb des vorhandenen Kastens am Pfosten angebracht werden. Als Maße stehen der gemessene Durchmesser des Pfostens (\(90mm\)) und der aus dem Datenblatt \cite[]{kasten} verfügbare Lochabstand der Befestigungslöcher des Kastens. Mit diesen Werten konnte eine Halterung konstruiert werden, welche aus zwei Halbschalen besteht. Eine Halbschale verfügt über abstehende Arme mit vorhandenen Löchern für M4-Schrauben, an denen der Kasten befestigt werden kann. Die M4-Schrauben können von hinten mit der passenden Mutter gesichert werden. In die gleiche Halbschale können passgenau M8-Muttern eingelegt werden. Die andere Halbschale verfügt über die Löcher und Vertiefungen, um diese mit zwei M8-Schrauben an der anderen Halbschale befestigen zu können. Die Halterungen wurde für den oberen und den unteren Teil des Kastens jeweils einmal gedruckt. Eine Halterung ist in Abbildung \ref{fig:halbschalen} zu sehen,
\item für den \textbf{Server} wird eine Halterung benötigt, damit dieser an der Hutschiene im Installationskasten befestigt werden kann. Es bot sich an, die mitgelieferten Winkel und Schrauben von dem Computer in die Konstruktion einzubeziehen. Die Winkel sind für die Wandmontage gedacht und werden nach Herstellervorgaben auf der Rückseite des Computers befestigt, sodass nach der Montage der Winkel Befestigungspunkte neben Computer benutzbar sind. Die Winkel haben einen Versatz, der den Computer theoretisch etwas von der Wand hervorstehen lassen würde. Um die Befestigung an der Hutschiene zu ermöglichen, wurden die Winkel um \(180^\circ\) verdreht. Dadurch entsteht auf der Rückseite der Computer ein breites Trapez mit geringer Höhe. Diese Form wurde als Grundplatte für den Adapter genutzt. Auf dieser Grundplatte befinden sich neben der Aufnahme für die Hutschiene herausstehende Kegel, welche genutzt werden, um den Adapter mittels der am Winkel vorgesehenen Löcher zur Wandmontage zu fixieren, (siehe Abbildung \ref{fig:pcHalter}) \item für den \textbf{Server} wird eine Halterung benötigt, damit dieser an der Hutschiene im Installationskasten befestigt werden kann. Es bot sich an, die mitgelieferten Winkel und Schrauben von des Computers in die Konstruktion einzubeziehen. Die Winkel sind für die Wandmontage gedacht und werden nach Herstellervorgaben auf der Rückseite des Computers befestigt, sodass nach der Montage der Winkel Befestigungspunkte neben dem Computer benutzbar sind. Die Winkel haben einen Versatz, der den Computer theoretisch etwas von der Wand hervorstehen lassen würde. Um die Befestigung an der Hutschiene zu ermöglichen, wurden die Winkel um \(180^\circ\) verdreht. Dadurch entsteht auf der Rückseite des Computers ein breites Trapez mit geringer Höhe. Diese Form wurde als Grundplatte für den Adapter genutzt. Auf dieser Grundplatte befinden sich neben der Aufnahme für die Hutschiene herausstehende Kegel, welche genutzt werden, um den Adapter mittels der am Winkel vorgesehenen Löcher zur Wandmontage zu fixieren, (siehe Abbildung \ref{fig:pcHalter})
\item die letzte Konstruktion soll das \textbf{GNSS-Modul} ebenfalls an der Hutschiene fixieren. Das Formteil ist ein etwas in die Länge gezogene Quader. An einem Ende befindet sich der Mechanismus für die Hutschiene. Für das Modul ist eine Vertiefung mit Aussparungen für die Anschlüsse eingefügt worden. Das Modul wird durch das Einschieben einer Deckplatte gesichert. Das Formteil wird in Abbildung \ref{fig:gnssHalter} gezeigt. \item die letzte Konstruktion soll das \textbf{GNSS-Modul} ebenfalls an der Hutschiene fixieren. Das Formteil ist ein etwas in die Länge gezogene Quader. An einem Ende befindet sich der Mechanismus für die Hutschiene. Für das Modul ist eine Vertiefung mit Aussparungen für die Anschlüsse eingefügt worden. Das Modul wird durch das Einschieben einer Deckplatte gesichert. Das Formteil wird in Abbildung \ref{fig:gnssHalter} gezeigt.
\end{itemize} \end{itemize}
+3 -3
View File
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\subsubsection{Installationskasten bestücken} \subsubsection{Installationskasten bestücken}
Der Installationskasten kann weitgehend vorbereitet werden. Dafür wurden zunächst ein Loch an der unteren Seite gebohrt, welches groß genug ist, um einen RJ45-Stecker durchzuführen. Weiterhin wurde die Hutschiene außer mittig positioniert, damit im unteren Raum mehr Platz für Kabel bleibt. Danach wurden die beiden Halbschalen an der Rückseite des Kastens befestigt, weil die Löcher für die Befestigungen durch die Komponenten teilweise verdeckt werden. Anschließend konnten die Komponenten an der Hutschiene befestigt werden. Die Komponenten wurden rechtsbündig verbaut. Dabei wurde der PoE-Splitter links neben dem Server und das GNSS-Modul rechts neben dem Server eingehackt. Diese beiden Komponenten auf je eine Seite des Computers zu befestigen, vereinfacht die Kabelführung. Der PoE-Splitter befindet sich auf der linken Seite, weil dieser die beste Klemmwirkung an der Hutschiene aufweist und so das Verrücken der anderen Komponenten verhindert. Der Installationskasten kann weitgehend vorbereitet werden. Dafür wurden zunächst ein Loch an der unteren Seite gebohrt, welches groß genug ist, um einen RJ45-Stecker durchzuführen. Weiterhin wurde die Hutschiene außer mittig positioniert, damit im unteren Raum mehr Platz für Kabel bleibt. Danach wurden die beiden Halbschalen an der Rückseite des Kastens befestigt, weil die Löcher für die Befestigungen durch die Komponenten teilweise verdeckt werden. Anschließend konnten die Komponenten an der Hutschiene befestigt werden. Die Komponenten wurden rechtsbündig verbaut. Dabei wurde der PoE-Splitter links neben dem Server und das GNSS-Modul rechts neben dem Server eingehackt. Diese beiden Komponenten auf je einer Seite des Computers zu befestigen, vereinfacht die Kabelführung. Der PoE-Splitter befindet sich auf der linken Seite, weil dieser die beste Klemmwirkung an der Hutschiene aufweist und so das Verrücken der anderen Komponenten verhindert.
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Um den Computer über den PoE-Splitter mit Strom zu versorgen, wurde ein Kabel mit einem Hohlbuchsenstecker konfektioniert. Das andere Ende des Kabels wurde verzinnt und an dem Blockterminal des Splitters angebracht. Das Netzwerkkabel von dem PoE-Splitter zu dem Server konnte ebenfalls schon eingesetzt werden. Mit einem USB-C auf USB-A Kabel wurde die Verbindung zwischen dem GNSS-Modul und dem Server hergestellt. Das Antennenkabel wurde durch das gebohrte Loch geführt und an dem GNSS-Modul angeschraubt. Der vorbereitete Installationskasten wird in Abbildung \ref{fig:vorbereitetKasten} dargestellt. Um den Computer über den PoE-Splitter mit Strom zu versorgen, wurde ein Kabel mit einem Hohlbuchsenstecker konfektioniert. Das andere Ende des Kabels wurde verzinnt und an dem Blockterminal des Splitters angebracht. Das Netzwerkkabel von dem PoE-Splitter zu dem Server konnte ebenfalls schon eingesetzt werden. Mit einem USB-C auf USB-A Kabel wurde die Verbindung zwischen dem GNSS-Modul und dem Server hergestellt. Das Antennenkabel wurde durch das gebohrte Loch geführt und an dem GNSS-Modul angeschraubt. Der vorbereitete Installationskasten wird in Abbildung \ref{fig:vorbereitetKasten} dargestellt.
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\end{figure} \end{figure}
\subsubsection{Montage} \subsubsection{Montage}
Die Montage began mit der Befestigung des Installationskastens, dafür wurde in je eine Halbschale ein griffiges Klebeband eingebracht, um den Halt zu verbessern. Der Kasten wurde an den Pfosten gehalten und durch die dazugehörigen Halbschalen fixiert. Daraufhin wurde die Antenne an dem C-Profil befestigt und das Antennenkabel angeschlossenen. Das C-Profil wurde an den bei der Begehung besprochen Befestigungspunkten angebracht. Das Antennenkabel wurde mit Kabelbindern an dem C-Profil befestigt. Die Montage begann mit der Befestigung des Installationskastens. Dafür wurde in je eine Halbschale ein griffiges Klebeband eingebracht, um den Halt zu verbessern. Der Kasten wurde an den Pfosten gehalten und durch die dazugehörigen Halbschalen fixiert. Daraufhin wurde die Antenne an dem C-Profil befestigt und das Antennenkabel angeschlossenen. Das C-Profil wurde an den bei der Begehung besprochen Befestigungspunkten angebracht. Das Antennenkabel wurde mit Kabelbindern an dem C-Profil befestigt.
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Als Nächstes musste der PoE-Extender in den vorhandenen Anschlusskasten eingebracht werden. Dieser wurde ebenfalls an der Hutschiene befestigt. Das von dem LoRaWAN-Gateway kommende Ethernetkabel wurde aus der Hutschienen-RJ45-Buchse entnommen und in mit dem ersten Ausgang des Extenders verbunden. Der Eingang wurde mit dem nun freien Port an der Hutschiene verbunden. Danach wurde kontrolliert, ob das vorhandene System wieder einsatzbereit ist. Für die letzte herzustellende Verbindung zwischen dem PoE-Extender und dem PoE-Splitter, musste das Loch in dem vorhandenen Installationskasten etwas aufgebohrt werden. Danach konnte das Kabel verlegt werden, wobei die überschüssige Länge des Kabels im neuen Installationskasten aufgewickelt wurde. Die Abbildung \ref{fig:poeextenderkasten} zeigt den verbauten Extender im Installationskasten. Durch die Betriebs-LED des Servers und den LEDs des Netzwerkinterfaces konnte schon während der Installation festgestellt werden, dass der Server mit Strom versorgt wird und einen Link aufbauen konnten. Als Nächstes musste der PoE-Extender in den vorhandenen Anschlusskasten eingebracht werden. Dieser wurde ebenfalls an der Hutschiene befestigt. Das von dem LoRaWAN-Gateway kommende Ethernetkabel wurde aus der Hutschienen-RJ45-Buchse entnommen und in mit dem ersten Ausgang des Extenders verbunden. Der Eingang wurde mit dem nun freien Port an der Hutschiene verbunden. Danach wurde kontrolliert, ob das vorhandene System wieder einsatzbereit ist. Für die letzte herzustellende Verbindung zwischen dem PoE-Extender und dem PoE-Splitter, musste das Loch in dem vorhandenen Installationskasten etwas aufgebohrt werden. Danach konnte das Kabel verlegt werden, wobei die überschüssige Länge des Kabels im neuen Installationskasten aufgewickelt wurde. Die Abbildung \ref{fig:poeextenderkasten} zeigt den verbauten Extender im Installationskasten. Durch die Betriebs-LED des Servers und den LEDs des Netzwerkinterfaces konnte schon während der Installation festgestellt werden, dass der Server mit Strom versorgt wird und einen Link aufbauen konnten.
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Damit die Rohdaten aufgezeichnet werden können, muss das Modul so konfiguriert werden, dass es diese ausgibt. Dafür wird das u-center und die Verbindung über ser2net genutzt. Die dafür benötigte Installation unter Windows, sowie die grundlegende Nutzung vom u-center wird im Anhang \ref{cha:winAndUcenter} beschrieben. Im u-center muss der Nachrichtentyp RAWX für die USB-Schnittstelle aktiviert werden. Ob die benötigten Daten gesendet werden, kann in Packet-View vom u-center kontrolliert werden. Damit die Rohdaten aufgezeichnet werden können, muss das Modul so konfiguriert werden, dass es diese ausgibt. Dafür wird das u-center und die Verbindung über ser2net genutzt. Die dafür benötigte Installation unter Windows, sowie die grundlegende Nutzung vom u-center wird im Anhang \ref{cha:winAndUcenter} beschrieben. Im u-center muss der Nachrichtentyp RAWX für die USB-Schnittstelle aktiviert werden. Ob die benötigten Daten gesendet werden, kann in Packet-View vom u-center kontrolliert werden.
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Die Aufzeichnung der Daten übernimmt der Kommunikations-Server der RTKLib. Das Programm heißt in der Kommandozeilenversion \mintinline[]{text}|STR2STR| und kann einen Dateneingang auf mehrere Datenausgänge übertragen. In diesem Fall werden die Daten des GNSS-Moduls in eine Datei geschrieben. Die meisten PostProcessing Dienste verarbeiten bis zu 24 Stunden Aufzeichnungslänge, deshalb wird für die höchste Genauigkeit genau diese Dauer für die Einmessung verwendet. Die Länge der Aufzeichnung wird über den \mintinline[]{bash}|timeout| Befehl gesteuert. Damit die Aufzeichnung nicht als Kind-Prozess der Remote-Sitzung läuft, wird das Hilfsprogramm \mintinline[]{bash}|screen| installiert, da ansonsten ein Abbruch der Verbindung auch die Aufzeichnung frühzeitig beenden würde. Aus dieser Beschreibung ergibt sich diese Befehlsfolge: Die Aufzeichnung der Daten übernimmt der Kommunikations-Server der RTKLib. Das Programm heißt in der Kommandozeilenversion \mintinline[]{text}|STR2STR| und kann einen Dateneingang auf mehrere Datenausgänge übertragen. In diesem Fall werden die Daten des GNSS-Moduls in eine Datei geschrieben. Die meisten PostProcessing Dienste verarbeiten bis zu 24 Stunden Aufzeichnungslänge. Deshalb wird für die höchste Genauigkeit genau diese Dauer für die Einmessung verwendet. Die Länge der Aufzeichnung wird über den \mintinline[]{bash}|timeout| Befehl gesteuert. Damit die Aufzeichnung nicht als Kind-Prozess der Remote-Sitzung läuft, wird das Hilfsprogramm \mintinline[]{bash}|screen| installiert, da ansonsten ein Abbruch der Verbindung auch die Aufzeichnung frühzeitig beenden würde. Aus dieser Beschreibung ergibt sich diese Befehlsfolge:
\begin{minted}[linenos, gobble=4, breaklines]{bash} \begin{minted}[linenos, gobble=4, breaklines]{bash}
sudo apt-get update sudo apt-get update
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\section{Rover} \section{Rover}
Die Implementierungen für den Rover beginnen mit der Integration des Gyroskops, dies umschließt den Einbau der Hardware und das Einbinden der Sensorwerte in die dafür vorgesehene Komponente. Im nächsten Schritt wird der Ntrip-Client dem System hinzugefügt, damit in den folgenden Prozessen die hochgenaue Positionsbestimmung verfügbar ist. Sobald das GNSS-Modul die Korrekturdaten verarbeitet, kann die Implementierung der Verwaltung für die Routen beginnen. Danach sind alle Voraussetzungen gegeben, um den Modus zum Routen aufzeichnen programmieren zu können. Daraufhin können die Algorithmen für das automatische Befahren der Route entwickelt werden. Die Implementierungen für den Rover beginnen mit der Integration des Gyroskops. Dies umschließt den Einbau der Hardware und das Einbinden der Sensorwerte in die dafür vorgesehene Komponente. Im nächsten Schritt wird der Ntrip-Client dem System hinzugefügt, damit in den folgenden Prozessen die hochgenaue Positionsbestimmung verfügbar ist. Sobald das GNSS-Modul die Korrekturdaten verarbeitet, kann die Implementierung der Verwaltung für die Routen beginnen. Danach sind alle Voraussetzungen gegeben, um den Modus zum Routen aufzeichnen programmieren zu können. Daraufhin können die Algorithmen für das automatische Befahren der Route entwickelt werden.
\subsection{Gyroskop installieren} \subsection{Gyroskop installieren}
Die elektrische Verbindung des Moduls wird über vier Pins hergestellt, dabei handelt es sich um die zwei I2C Leitungen sowie Masse und die Spannungsversorgung. Das Modul kann mit \(+5V\) betrieben werden. Auf der Hauptplatine sind Pin-Leisten vorhanden, um weitere I2C-Module, welche mit \(+5V\) betrieben werden können, dem System hinzufügen zu können. Die elektrische Verbindung des Moduls wird über vier Pins hergestellt, dabei handelt es sich um die zwei I2C Leitungen sowie Masse und die Spannungsversorgung. Das Modul kann mit \(+5V\) betrieben werden. Auf der Hauptplatine sind Pin-Leisten vorhanden, um weitere I2C-Module, welche mit \(+5V\) betrieben werden können, dem System hinzufügen zu können.
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Das Modul wird mit einer nicht bestückten Pin-Leise geliefert, daher bestand die Möglichkeit eine gewinkelte Pin-Leiste einzulöten. Es wurde eben diese Pin-Leiste gewählt, um das Modul waagerecht mit einer weiteren Platine verbinden zu können. Bei der zusätzlichen Platine handelt es sich lediglich um einen Verteiler, welcher in Abbildung \ref{fig:gyroPlatine} gezeigt wird. Dort ist zu sehen, wie der Verteiler, durch seine L-Form, an einem Querbalken mit einer Maul-Büroklammer befestigt wird. Das MPU-6050 Module wird seitlich an eine ebenfalls gewinkelte Sockel-Leiste eingesteckt. Auf der Oberseite der Platine befinden sich drei weitere Konnektoren, an denen das Display und das Magnetometer angeschlossen werden. Zwei der Konnektoren sind für das Magnetometer, um es entweder an den I2C-Bus des ESP32 oder an den Auxiliary-I2C-Bus des MPU-6050 anzuschließen. Auf der Unterseite der Platine ist ein Kabel angelötet, welches auf die Hauptplatine gesteckt wird. Das Modul wird mit einer nicht bestückten Pin-Leise geliefert. Daher bestand die Möglichkeit eine gewinkelte Pin-Leiste einzulöten. Es wurde eben diese Pin-Leiste gewählt, um das Modul waagerecht mit einer weiteren Platine verbinden zu können. Bei der zusätzlichen Platine handelt es sich lediglich um einen Verteiler, welcher in Abbildung \ref{fig:gyroPlatine} gezeigt wird. Dort ist zu sehen, wie der Verteiler, durch seine L-Form, an einem Querbalken mit einer Maul-Büroklammer befestigt wird. Das MPU-6050 Module wird seitlich an eine ebenfalls gewinkelte Sockel-Leiste eingesteckt. Auf der Oberseite der Platine befinden sich drei weitere Konnektoren, an denen das Display und das Magnetometer angeschlossen werden. Zwei der Konnektoren sind für das Magnetometer, um es entweder an den I2C-Bus des ESP32 oder an den Auxiliary-I2C-Bus des MPU-6050 anzuschließen. Auf der Unterseite der Platine ist ein Kabel angelötet, welches auf die Hauptplatine gesteckt wird.
\par \par
\begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth} \begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth}
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\label{fig:gyroPlatine} \label{fig:gyroPlatine}
\end{wrapfigure} \end{wrapfigure}
Durch diese weitere Platine wurde zum einen der benötigte feste Platz für das neue Modul geschaffen und zum anderen die Möglichkeit offen gehalten, den bereits verbauten Kompass nun über den MPU-6050 zu nutzen, um eine 9-Achsen Sensorfusion zu ermöglichen. Der Versuch diese 9-Achsen Sensorfusion zu implementieren ist gescheitert. Der Hersteller wirbt zwar mit dieser Funktion, jedoch ist die Rechenleitung des Chips nicht ausreichend hoch genug, damit die Funktion umzusetzen werden kann. Daher müssten Berechnung dafür auf den ESP32 ausgelagert werden\cite[]{9achsfail}. Dieser Weg wurde aufgrund der Komplexität nicht weiter verfolgt. Durch diese weitere Platine wurde zum einen der benötigte feste Platz für das neue Modul geschaffen und zum anderen die Möglichkeit offen gehalten, den bereits verbauten Kompass nun über den MPU-6050 zu nutzen, um eine 9-Achsen Sensorfusion zu ermöglichen. Der Versuch diese 9-Achsen Sensorfusion zu implementieren ist gescheitert. Der Hersteller wirbt zwar mit dieser Funktion, jedoch ist die Rechenleitung des Chips nicht ausreichend hoch genug, damit die Funktion umgesetzt werden kann. Daher müssten Berechnung dafür auf den ESP32 ausgelagert werden\cite[]{9achsfail}. Dieser Weg wurde aufgrund der Komplexität nicht weiter verfolgt.
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Die Einbindung des Sensors in den vorhandenen Programmcode erfolgte mit der bereits vorhanden \mintinline{c++}|class SensorData|. Für die Kommunikation mit dem Sensor wird die Bibliothek \texttt{I2Cdevlib-MPU6050} verwendet. Der Klasse wurden neben einer Funktion zum Datenerhalt, die Funktion \mintinline{c++}|void enableGyroscope(); | hinzugefügt. Diese erzeugt ein Objekt für den MPU-6050 und initialisiert sowohl den MPU-6050 als auch den verbauten Digital Motion Processor. Außerdem werden ermittelte Offsets eingestellt. Die periodische aufgerufene \mintinline{c++}|void run(); | Funktion wurde ebenfalls erweitertet und überprüft jetzt in jedem Durchgang, ob neue Daten des Sensors verfügbar sind und verarbeitet diese dann. Die Einbindung des Sensors in den vorhandenen Programmcode erfolgte mit der bereits vorhanden \mintinline{c++}|class SensorData|. Für die Kommunikation mit dem Sensor wird die Bibliothek \texttt{I2Cdevlib-MPU6050} verwendet. Der Klasse wurden neben einer Funktion zum Datenerhalt, die Funktion \mintinline{c++}|void enableGyroscope(); | hinzugefügt. Diese erzeugt ein Objekt für den MPU-6050 und initialisiert sowohl den MPU-6050 als auch den verbauten Digital Motion Processor. Außerdem werden ermittelte Offsets eingestellt. Die periodische aufgerufene \mintinline{c++}|void run(); | Funktion wurde ebenfalls erweitertet und überprüft jetzt in jedem Durchgang, ob neue Daten des Sensors verfügbar sind und verarbeitet diese dann.
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\item \textbf{openingConnection} In diesem Zustand wird versucht, die Verbindung zu dem Caster aufzubauen. Dafür wird zwischen den Revisionen von Ntrip unterschieden, ob die Position gesendet werden soll und ob Zugangsdaten angegeben worden sind. Sollte der Verbindungsaufbau scheitern, wird in den \texttt{waiting} Zustand gewechselt, ansonsten in den \texttt{pushingData} Zustand. \item \textbf{openingConnection} In diesem Zustand wird versucht, die Verbindung zu dem Caster aufzubauen. Dafür wird zwischen den Revisionen von Ntrip unterschieden, ob die Position gesendet werden soll und ob Zugangsdaten angegeben worden sind. Sollte der Verbindungsaufbau scheitern, wird in den \texttt{waiting} Zustand gewechselt, ansonsten in den \texttt{pushingData} Zustand.
\item \textbf{pushingData} Wenn eine Verbindung zu dem Caster besteht, befindet sich der Client in diesem Zustand und leitet die empfangenen Daten an das GNSS-Modul weiter. Es kann nur in den \texttt{closingConnection} Zustand gewechselt werden. \item \textbf{pushingData} Wenn eine Verbindung zu dem Caster besteht, befindet sich der Client in diesem Zustand und leitet die empfangenen Daten an das GNSS-Modul weiter. Es kann nur in den \texttt{closingConnection} Zustand gewechselt werden.
\item \textbf{closingConnection} Sollte der Ntrip Client deaktiviert oder ein Timeout festgestellt werden, wird in diesen Zustand gewechselt, damit die Verbindung aus Sicht des Clients ordnungsgemäß beendet wird. Sobald die Verbindung getrennt ist, wird der \texttt{waiting} Zustand aktiv. \item \textbf{closingConnection} Sollte der Ntrip Client deaktiviert oder ein Timeout festgestellt werden, wird in diesen Zustand gewechselt, damit die Verbindung aus Sicht des Clients ordnungsgemäß beendet wird. Sobald die Verbindung getrennt ist, wird der \texttt{waiting} Zustand aktiv.
\item \textbf{waiting} Wenn dieser Zustand betreten wird, wurde die Verbindung getrennt und es wird darauf gewartet, in den \texttt{openingConnection} Zustand zu wechseln. Dafür muss entweder der Client wieder aktiviert werden oder die automatische Wiederverbindung muss aktiviert sein. \item \textbf{waiting} Wenn dieser Zustand betreten wird, wurde die Verbindung getrennt und es wird darauf gewartet in den \texttt{openingConnection} Zustand zu wechseln. Dafür muss entweder der Client wieder aktiviert werden oder die automatische Wiederverbindung muss aktiviert sein.
\item \textbf{notAvailable} Dieser Zustand wird betreten, wenn keine Verbindung zum Internet bereitsteht. \item \textbf{notAvailable} Dieser Zustand wird betreten, wenn keine Verbindung zum Internet bereitsteht.
\end{itemize} \end{itemize}
@@ -63,13 +63,13 @@
Eine Instanz dieser Klasse besteht unter anderem aus den Koordinaten, welche in dem \mintinline{c++}|struct Coordinates| als zwei \mintinline{c++}|double| Werte gespeichert werden. Zusätzlich kann die Zeit der Erzeugung und die geschätzte Genauigkeit des Punktes angegeben und gespeichert werden. Neben den Methoden zur Datenkontrolle und Zugriff wird die Funktionalität der Klasse durch diese beiden Funktionen gegeben: Eine Instanz dieser Klasse besteht unter anderem aus den Koordinaten, welche in dem \mintinline{c++}|struct Coordinates| als zwei \mintinline{c++}|double| Werte gespeichert werden. Zusätzlich kann die Zeit der Erzeugung und die geschätzte Genauigkeit des Punktes angegeben und gespeichert werden. Neben den Methoden zur Datenkontrolle und Zugriff wird die Funktionalität der Klasse durch diese beiden Funktionen gegeben:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item \mintinline{c++}|double distanceTo(Point); | errechnet die Entfernung zwischen den Koordinaten der Instanz zu dem gegebenen Punkt. Für die Berechnung wird die Erdkrümmung vernachlässigt, deshalb kann der Satz des Pythagoras genutzt werden. Dafür müssen die in Grad angegebenen Koordinaten zunächst in Radianten umgewandelt und anschließend in ein kartesisches Koordinatensystem überführt werden. Anschließend kann die Entfernung der beiden Punkte berechnet werden. Dafür werden die beiden Koordinaten einer Achse voneinander abgezogen und anschließend quadriert. Die Ergebnisse der beiden Achsen werden schließlich aufsummiert und radiziert. \item \mintinline{c++}|double distanceTo(Point); | Errechnet die Entfernung zwischen den Koordinaten der Instanz zu dem gegebenen Punkt. Für die Berechnung wird die Erdkrümmung vernachlässigt, deshalb kann der Satz des Pythagoras genutzt werden. Dafür müssen die in Grad angegebenen Koordinaten zunächst in Radianten umgewandelt und anschließend in ein kartesisches Koordinatensystem überführt werden. Anschließend kann die Entfernung der beiden Punkte berechnet werden. Dafür werden die beiden Koordinaten einer Achse voneinander abgezogen und anschließend quadriert. Die Ergebnisse der beiden Achsen werden schließlich aufsummiert und radiziert.
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2} d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\item \mintinline{c++}|int16_t courseTo(Point);| errechnet den Kurs von dem aktuellen Punkt zu dem gegebenen Punkt und gibt ihn in Grad aus. \(0^\circ\) entspricht Norden. Von da an wird im Uhrzeigersinn weiter gezählt, sodass \(270^\circ\) etwa einen Kurs nach Westen angeben würden. Für die Berechnung müssen die Längen- und Breitengrade zunächst in Radianten umgewandelt werden. Anschließend kann dann mit der Formel \item \mintinline{c++}|int16_t courseTo(Point); | Errechnet den Kurs von dem aktuellen Punkt zu dem gegebenen Punkt und gibt ihn in Grad aus. \(0^\circ\) entspricht Norden. Von da an wird im Uhrzeigersinn weiter gezählt, sodass \(270^\circ\) etwa einen Kurs nach Westen angeben würden. Für die Berechnung müssen die Längen- und Breitengrade zunächst in Radianten umgewandelt werden. Anschließend kann dann mit der Formel
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\theta = \text{atan2}(\sin(\Delta \lambda)cos(\phi_2), \cos(\phi_1)\sin(\phi_2) - \sin(\phi_1)\cos(\phi_2)\cos(\Delta \lambda)) \theta = \text{atan2}(\sin(\Delta \lambda)cos(\phi_2), \cos(\phi_1)\sin(\phi_2) - \sin(\phi_1)\cos(\phi_2)\cos(\Delta \lambda))
+6 -6
View File
@@ -2,14 +2,14 @@
\label{ssec:navigation_implementation} \label{ssec:navigation_implementation}
Diese Klasse vereinigt die Verwaltung der Route mit den Sensorwerten wie die Positionsdaten und Ausrichtung, damit die eigentliche Navigation bereitgestellt werden kann. Außerdem werden die Anforderungen an die Genauigkeit überwacht. Die Navigation wird von den Modi zur Aufzeichnung und Abfahrt der Route benötigt. Diese Klasse vereinigt die Verwaltung der Route mit den Sensorwerten wie die Positionsdaten und Ausrichtung, damit die eigentliche Navigation bereitgestellt werden kann. Außerdem werden die Anforderungen an die Genauigkeit überwacht. Die Navigation wird von den Modi zur Aufzeichnung und Abfahrt der Route benötigt.
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Es wurde ein \mintinline{c++}|enum Status| implementiert, welcher von einigen Funktionen der Klasse genutzt wird, um Informationen über das Ergebnis der aufgerufenen Funktion zu informieren. Es kann mitgeteilt werden, ob die Genauigkeit unzureichend ist, keine Änderungen erfolgt sind, etwas geändert und ob die etwas abgeschlossen wurde. Des Weiteren wird in derselben Header-Datei das \mintinline{c++}|struct CourseCorrection| definiert, um die Distanz und die anzuwendende Kurskorrektur zum Zielpunkt in einem Datentypen zu vereinen. Es wurde ein \mintinline{c++}|enum Status| implementiert, welcher von einigen Funktionen der Klasse genutzt wird, um Informationen über das Ergebnis der aufgerufenen Funktion zu informieren. Es kann mitgeteilt werden, ob Änderungen vorgenommen wurden oder die aktuelle Genauigkeit mangelhaft ist. Zusätzlich besteht die Möglichkeit über den Abschluss einer Aktion zu informieren. Des Weiteren wird in derselben Header-Datei das \mintinline{c++}|struct CourseCorrection| definiert, um die Distanz und die anzuwendende Kurskorrektur zum Zielpunkt in einem Datentypen zu vereinen.
\subsection{Modus - Route aufzeichnen} \subsection{Modus - Route aufzeichnen}
Um eine Route aufzeichnen zu können, wurde zum einen die \mintinline{c++}|class CaptureRoute| implementiert, welche von der bereits vorhanden Klasse zum manuellen Verfahren des Rovers erbt und damit auch in der Hierarchie des \texttt{DiveModi} Interfaces zu finden ist. Dadurch kann der Modus dem bestehenden System ohne weitere Änderungen hinzugefügt werden. Um eine Route aufzeichnen zu können, wurde zum einen die \mintinline{c++}|class CaptureRoute| implementiert, welche von der bereits vorhanden Klasse zum manuellen Verfahren des Rovers erbt und damit auch in der Hierarchie des \texttt{DiveModi} Interfaces zu finden ist. Dadurch kann der Modus dem bestehenden System ohne weitere Änderungen hinzugefügt werden.
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Die Instanz der \mintinline{c++}|class Navigation| wird von dem aktuellen Modus erzeugt, dafür wird Komponente \texttt{SensorData} benötigt und eine Route. Die \texttt{SensorData} Komponente wird jedem \texttt{DriveModi} über den Konstruktor zur Verfügung gestellt. Wenn keine Route übergeben wird, erzeugt die \texttt{Navigation} eine eigene. Da eine neue Route aufgezeichnet werden soll, ist dieses Verhalten gewollt. Die Instanz der \mintinline{c++}|class Navigation| wird von dem aktuellen Modus erzeugt. Dafür wird Komponente \texttt{SensorData} benötigt und eine Route. Die \texttt{SensorData} Komponente wird jedem \texttt{DriveModi} über den Konstruktor zur Verfügung gestellt. Wenn keine Route übergeben wird, erzeugt die \texttt{Navigation} eine eigene. Da eine neue Route aufgezeichnet werden soll, ist dieses Verhalten gewollt.
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Um die aktuellen Koordinaten der Route hinzuzufügen, muss der Aktions-Button auf der Fernbedienung gedrückt werden. Dadurch versucht \texttt{Navigation} die Route zu erweitern. Dies kann fehlschlagen, wenn die Genauigkeit der aktuellen Position nicht den eingestellten Anforderungen entspricht oder die aktuelle Position zu nah an der, sofern vorhanden, vorherigen ist. Der minimale Abstand zwischen zwei Punkten kann ebenfalls eingestellt werden. Auch der maximale Abstand zwischen zwei Punkten ist definiert und kann eingestellt werden. Wenn die gesamte Route aufgezeichnet wurde, kann der Modus verlassen werden. Dabei wird die Instanz von Navigationsklasse zerstört und damit auch die dort gehaltene Route. Deshalb wird diese zwischengespeichert und überschreibt gegebenenfalls die zuletzt gespeicherte Route. Ein Überschreiben erfolgt nur, wenn die Route mindestens über zwei Einträge verfügt. Die Datenhaltung der Route wird über statische Funktionen und Member in der Klasse \texttt{Route} realisiert, die zwischengespeicherte Route ist dementsprechend nicht persistent. Um die aktuellen Koordinaten der Route hinzuzufügen, muss der Aktions-Button auf der Fernbedienung gedrückt werden. Dadurch versucht \texttt{Navigation} die Route zu erweitern. Dies kann fehlschlagen, wenn die Genauigkeit der aktuellen Position nicht den eingestellten Anforderungen entspricht oder die aktuelle Position zu nah an der, sofern vorhanden, vorherigen ist. Der minimale Abstand zwischen zwei Punkten kann ebenfalls eingestellt werden. Auch der maximale Abstand zwischen zwei Punkten ist definiert und kann eingestellt werden. Wenn die gesamte Route aufgezeichnet wurde, kann der Modus verlassen werden. Dabei wird die Instanz von Navigationsklasse zerstört und damit auch die dort gehaltene Route. Deshalb wird diese zwischengespeichert und überschreibt gegebenenfalls die zuletzt gespeicherte Route. Ein Überschreiben erfolgt nur, wenn die Route mindestens über zwei Einträge verfügt. Die Datenhaltung der Route wird über statische Funktionen und Member in der Klasse \texttt{Route} realisiert. Die zwischengespeicherte Route ist dementsprechend nicht persistent.
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Der Modus wird über einen Menüeintrag gestartet. Während der Modus aktiv ist, werden im Menü neben Informationen über Sensorwerte und die bisher aufgezeichnete Route auch Einstellungen zu der geforderten Genauigkeit geboten. Der Modus wird über einen Menüeintrag gestartet. Während der Modus aktiv ist, werden im Menü neben Informationen über Sensorwerte und die bisher aufgezeichnete Route auch Einstellungen zu der geforderten Genauigkeit geboten.
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Auch der \texttt{Autopilot} verfügt über ein Menü, über welches dieser aufgerufen wird. Das Menü stellt Status-, Sensor-, Routen- und Navigationsinformationen zur Verfügung und ermöglicht das Einstellen der wie präzise ein Punkt angefahren werden muss, ob nach Abschluss der Route diese von vorn gestartet werden soll und ob der aktuelle Zielpunkt eingefroren werden soll, was dazu führt, dass die Route an diesem Punkt pausiert wird. Auch der \texttt{Autopilot} verfügt über ein Menü, über welches dieser aufgerufen wird. Das Menü stellt Status-, Sensor-, Routen- und Navigationsinformationen zur Verfügung und ermöglicht das Einstellen der wie präzise ein Punkt angefahren werden muss, ob nach Abschluss der Route diese von vorn gestartet werden soll und ob der aktuelle Zielpunkt eingefroren werden soll, was dazu führt, dass die Route an diesem Punkt pausiert wird.
\subsubsection{Kursberechnung} \subsubsection{Kursberechnung}
Das Ziel der Kursberechnung ist es, ein vorzeichenbehaftete Kurskorrektur in Grad zu erzeugen. Dafür muss die aktuelle Ausrichtung bekannt sein. Für diese Information stehen drei Quellen zur Verfügung. Das Ziel der Kursberechnung ist es, eine vorzeichenbehaftete Kurskorrektur in Grad zu erzeugen. Dafür muss die aktuelle Ausrichtung bekannt sein. Für diese Information stehen drei Quellen zur Verfügung.
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Das Magnetometer liefert absolute Werte, welche die Ausrichtung laut Datenblatt \cite[]{QST} im optimalen Fall auf \(2^\circ\) genau beschreiben. \item Das Magnetometer liefert absolute Werte, welche die Ausrichtung laut Datenblatt \cite[]{QST} im optimalen Fall auf \(2^\circ\) genau beschreiben.
\item Die nächste Quelle ergibt sich aus den gefahrenen Strecken des Rovers. Dafür wird der erste Punkt nach einer Rotation und der letzte Punkt vor einer Rotation festgehalten und daraus die Ausrichtung mit der \mintinline{c++}|int16_t Point::courseTo(Point&); | Methode berechnet. Diese Variante ist bei kurzen Strecken ungenau und wird mit steigendem Abstand zwischen den Punkten genauer, wenn die Positionsbestimmung im niedrigen Zentimeterbereich erfolgt. Sollte der Rover durch den Untergrund oder anderen Fehlern keine Gerade fahren, sondern eine leichte Kurve, wird dieses Verfahren ungenauer. \item Die nächste Quelle ergibt sich aus den gefahrenen Strecken des Rovers. Dafür wird der erste Punkt nach einer Rotation und der letzte Punkt vor einer Rotation festgehalten und daraus die Ausrichtung mit der \mintinline{c++}|int16_t Point::courseTo(Point&); | Methode berechnet. Diese Variante ist bei kurzen Strecken ungenau und wird mit steigendem Abstand zwischen den Punkten genauer, wenn die Positionsbestimmung im niedrigen Zentimeterbereich erfolgt. Sollte der Rover durch den Untergrund oder anderen Fehlern keine Gerade fahren, sondern eine leichte Kurve, wird dieses Verfahren ungenauer.
\item Es bleibt noch das hinzugefügte Gyroskop, dieses kann keine absoluten Werte bestimmen. Dafür kann es präzise relative Drehwerte angeben. Es eignet sich also, um bei einem vorgegebenen Winkel die Drehung zu überwachen. Die Genauigkeit hätte zusätzlich erhöht werden können, wenn die Implementierung der 9-Achsen Sensorfusion funktional gewesen wäre. \item Es bleibt noch das hinzugefügte Gyroskop. Dieses kann keine absoluten Werte bestimmen. Dafür kann es präzise relative Drehwerte angeben. Es eignet sich also, um bei einem vorgegebenen Winkel die Drehung zu überwachen. Die Genauigkeit hätte zusätzlich erhöht werden können, wenn die Implementierung der 9-Achsen Sensorfusion funktional gewesen wäre.
\end{itemize} \end{itemize}
Nachdem die Datenquelle ausgewählt wurde, muss der Kurs von der aktuellen Position zum Zielpunkt berechnet werden. Von diesem Ergebnis wird die aktuelle Ausrichtung subtrahiert. Anschließend muss das Resultat auf den gewünschten Wertbereich normiert werden. Nachdem die Datenquelle ausgewählt wurde, muss der Kurs von der aktuellen Position zum Zielpunkt berechnet werden. Von diesem Ergebnis wird die aktuelle Ausrichtung subtrahiert. Anschließend muss das Resultat auf den gewünschten Wertbereich normiert werden.
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}; };
\end{minted} \end{minted}
Wenn die Navigationsanweisungen bei der Navigationsklasse abgefragt werden, muss das genannte \mintinline{c++}|struct| der Funktion als Referenz übergeben werden. Der Rückgabewert wird für das bereits beschriebene \mintinline{c++}|enum Navigation::Status| verwendet. Darüber wird mitgeteilt, ob die Navigationsanweisungen aktualisiert wurden oder, weshalb dies nicht geschah. Zum Beispiel, wenn der Rover seine Position nicht wesentlich verändert hat, die aktuelle Positionsbestimmung zu ungenau ist oder das Ziel erreicht wurde. Wenn die Navigationsanweisungen bei der Navigationsklasse abgefragt werden, muss das genannte \mintinline{c++}|struct| der Funktion als Referenz übergeben werden. Der Rückgabewert wird für das bereits beschriebene \mintinline{c++}|enum Navigation::Status| verwendet. Darüber wird mitgeteilt, ob die Navigationsanweisungen aktualisiert wurden oder weshalb dies nicht geschah. Zum Beispiel, wenn der Rover seine Position nicht wesentlich verändert hat, die aktuelle Positionsbestimmung zu ungenau ist oder das Ziel erreicht wurde.
\subsubsection{Autopilot Aufbau} \subsubsection{Autopilot Aufbau}
Der Autopilot ist einem Zustandsautomaten nachempfunden. In den verschiedenen Zuständen können unterschiedliche und gleiche Funktionen aufgerufen werden. Die beiden häufigsten Funktionsaufrufe in den verschiedenen Status sollen erläutert werden: Der Autopilot ist einem Zustandsautomaten nachempfunden. In den verschiedenen Zuständen können unterschiedliche und gleiche Funktionen aufgerufen werden. Die beiden häufigsten Funktionsaufrufe in den verschiedenen Status sollen erläutert werden:
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\chapter{Bewertung} \chapter{Bewertung}
\label{cha:bewertung} \label{cha:bewertung}
Im vorletzten Kapitel dieser Arbeit werden die umgesetzten Implementierungen und Aufbauten bewertet. Dafür werden zunächst die gestellten Anforderungen betrachtet und ausgewertet, im Anschluss wird auf die Referenzstation und die durch den Aufbau errungenen Erkenntnisse eingegangen. Abgeschlossen wird dieses Kapitel mit Einschätzungen zu den Implementierungen, welche im Zuge der Erweiterung des Rovers vorgenommen wurden und einigen Testszenarien. Diese sollen Aufschluss über die Funktionalität des Gesamtsystems geben. Im vorletzten Kapitel dieser Arbeit werden die umgesetzten Implementierungen und Aufbauten bewertet. Dafür werden zunächst die gestellten Anforderungen betrachtet und ausgewertet. Im Anschluss wird auf die Referenzstation und die durch den Aufbau errungenen Erkenntnisse eingegangen. Abgeschlossen wird dieses Kapitel mit Einschätzungen zu den Implementierungen, welche im Zuge der Erweiterung des Rovers vorgenommen wurden und einigen Testszenarien. Diese sollen Aufschluss über die Funktionalität des Gesamtsystems geben.
\section{Anforderungsauswertung} \section{Anforderungsauswertung}
Die Anforderungen aus Kapitel \ref{cha:anforderunge} wurden im groben auf die zwei Abschnitte Referenzstation \ref{sec:referenzstation_req} und Rover \ref{sec:rover_req} aufgeteilt, diese werden hier ebenso benutzt, um zwischen den Anforderungen zu unterscheiden. Die Anforderungen aus Kapitel \ref{cha:anforderunge} wurden im groben auf die zwei Abschnitte Referenzstation \ref{sec:referenzstation_req} und Rover \ref{sec:rover_req} aufgeteilt. Diese Unterteilung wird hier ebenso benutzt, um zwischen den Anforderungen zu unterscheiden.
\subsection{Referenzstation} \subsection{Referenzstation}
Die Anforderungen an die Referenzstation wurden nach dem aktuellen Stand erfüllt. Die Einmessung der Antenne konnte wie gefordert im Millimeterbereich ausgeführt werden, siehe hierzu Anhang \ref{cha:auswerungObservation}. Seit dem 07. Juni 2024 bis \today \ läuft die Anlage ohne Störungen und erfüllt damit die Anforderung an einen durchgehenden Betrieb mit minimalem Wartungsaufwand. Die Anforderungen an die Referenzstation wurden nach dem aktuellen Stand erfüllt. Die Einmessung der Antenne konnte wie gefordert im Millimeterbereich ausgeführt werden, siehe hierzu Anhang \ref{cha:auswerungObservation}. Seit dem 07. Juni 2024 bis \today \ läuft die Anlage ohne Störungen und erfüllt damit die Anforderung an einen durchgehenden Betrieb mit minimalem Wartungsaufwand.
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Die Anforderungen an die Gebäudesicherheit wurden durch Absprache und Begleitung der Installation sichergestellt. Das Kapitel \ref{cha:Hardwareauswahl} Hardwareauswahl hat sich mit den durch die Umwelt und Infrastruktur gegebenen Anforderungen an die Hardware auseinandergesetzt und konnte damit die Energieversorgung leisten sowie die Langlebigkeit der Anlage durch ausreichende Betriebstemperaturbereiche und Regenwasserschutz gewährleisten. Die Anforderungen an die Gebäudesicherheit wurden durch Absprache und Begleitung der Installation sichergestellt. Das Kapitel \ref{cha:Hardwareauswahl} Hardwareauswahl hat sich mit den durch die Umwelt und Infrastruktur gegebenen Anforderungen an die Hardware auseinandergesetzt und konnte damit die Energieversorgung leisten sowie die Langlebigkeit der Anlage durch ausreichende Betriebstemperaturbereiche und Regenwasserschutz gewährleisten.
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Der Installationsort der Antenne unterlag der Bedingung, dass diese eine freie Sicht auf den Himmel innehat. Durch eine Erhöhung der Antenne mit einem C-Profil, um der Abschattung durch den Lüftungskanal zu entgehen, konnte die freie Sicht erreicht werden. Der Installationsort der Antenne unterlag der Bedingung, dass diese eine freie Sicht auf den Himmel innehat. Durch eine Erhöhung der Antenne mit einem C-Profil, um der Abschattung durch den Lüftungskanal zu entgehen, konnte die freie Sicht gewährleistet werden.
\subsubsection{Server} \subsubsection{Server}
Der Server musste einige Spezifikationen aufweisen. Der USB-Port zwar zwingend erforderlich für die Verbindung zu dem GNSS-Modul. Als weitere Schnittstelle musste eine RJ-45 für Ethernet vorhanden sein. Diese sollte auch über PoE verfügen, hier musste auf eine Alternative zurückgegriffen werden, da kein angemessenes Gerät gefunden wurde, welches zusätzlich diese Spezifikation erfüllt. Der gewählte Embedded Computer verfügt über die geforderten Schnittstellen und ist aufgrund der handelsüblichen x86 Architektur auch für die RTKLib geeignet. Der Energiebedarf war mit den Spezifikationen schon im SOLL und konnte noch darüber hinaus reduziert werden. Der Server musste einige Spezifikationen aufweisen. Der USB-Port zwar zwingend erforderlich für die Verbindung zu dem GNSS-Modul. Als weitere Schnittstelle musste eine RJ-45 für Ethernet vorhanden sein. Diese sollte auch über PoE verfügen, hier musste auf eine Alternative zurückgegriffen werden, da kein angemessenes Gerät gefunden wurde, welches zusätzlich diese Spezifikation erfüllt. Der gewählte Embedded Computer verfügt über die geforderten Schnittstellen und ist aufgrund der handelsüblichen x86 Architektur auch für die RTKLib geeignet. Der Energiebedarf war mit den Spezifikationen schon im SOLL und konnte noch darüber hinaus reduziert werden.
\subsection{Rover} \subsection{Rover}
Die Anforderungen an Rover stammen aus der übergeordneten Forderung. Laut dieser soll der Rover so erweitert werden, dass dieser eine zuvor aufgezeichnete Route eigenständig abfahren kann. Dafür wurden die folgenden Komponenten als Anforderungen definiert: Die Anforderungen an den Rover stammen aus der übergeordneten Forderung. Laut dieser soll der Rover so erweitert werden, dass dieser eine zuvor aufgezeichnete Route eigenständig abfahren kann. Dafür wurden die folgenden Komponenten als Anforderungen definiert:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Der Rover muss über einen \textbf{Ntrip-Client} verfügen. Die Implementation wurde in Abschnitt \ref{ssec:ntripclient} beschrieben. Dafür wurde ein Dokument von der RTCM herangezogen, welches Anmerkungen und Hilfestellungen für die erfolgreiche Implementation eines Clients gibt. Durch die Umsetzung als Zustandsautomat kann der aktuelle Zustand des Clients einfach an andere Komponenten weitergegeben werden. Die Anforderungen verloren gegangene Verbindung automatisch wieder aufzubauen wurde für die Verbindung zu dem Caster umgesetzt. Die Umsetzung der W-LAN-Verbindung und deren Funktion zum automatischen Wiederverbinden wurde bereits in der vorhandenen Software des Rovers umgesetzt. \item Der Rover muss über einen \textbf{Ntrip-Client} verfügen. Die Implementation wurde in Abschnitt \ref{ssec:ntripclient} beschrieben. Dafür wurde ein Dokument von der RTCM herangezogen, welches Anmerkungen und Hilfestellungen für die erfolgreiche Implementation eines Clients gibt. Durch die Umsetzung als Zustandsautomat kann der aktuelle Zustand des Clients einfach an andere Komponenten weitergegeben werden. Die Anforderungen verloren gegangene Verbindung automatisch wieder aufzubauen wurde für die Verbindung zu dem Caster umgesetzt. Die Umsetzung der W-LAN-Verbindung und deren Funktion zum automatischen Wiederverbinden wurde bereits in der vorhandenen Software des Rovers umgesetzt.
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\end{itemize} \end{itemize}
\section{Referenzstation} \section{Referenzstation}
Dieser Abschnitt beschreibt und bewertet die Errichtung der Referenzstation. Dafür sind zunächst die empfangenen Satelliten und die Fehler der Signale interessant. Des Weiteren erfordert der Server zwar wenig Wartungsarbeit, aber dieser ist schwer auszuführen, da alle Einstellungen manuell und textbasiert getätigt wurden. Dieser Abschnitt beschreibt und bewertet die Errichtung der Referenzstation. Dafür sind zunächst die empfangenen Satelliten und die Fehler der Signale interessant. Des Weiteren erfordert der Server zwar wenig Wartungsarbeit, aber diese ist schwer auszuführen, da alle Einstellungen manuell und textbasiert getätigt wurden.
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Der Ntrip-Client, welcher auf dem Rover implementiert wurde, kann mit beiden Revisionen von Ntrip betrieben werden, daher ist es interessant ob Unterschiede erkennbar sind. Der Ntrip-Client, welcher auf dem Rover implementiert wurde, kann mit beiden Revisionen von Ntrip betrieben werden, daher ist es interessant ob Unterschiede erkennbar sind.
\subsection{Signalqualität} \subsection{Signalqualität}
Das in Anhang \ref{cha:winAndUcenter} beschriebene u-center bietet verschiedene Möglichkeiten, die Signalqualität des Systems zu bestimmen. Einer dieser Möglichkeiten ist, die im Programm sogenannte SkyView zu betrachten. Die Abbildungen \ref{fig:skyview} zeigt einen Screenshot dieser Ansicht. Dort sind alle aktuell empfangen Satelliten und deren Positionsverlauf aus Sicht der Antenne eingezeichnet. Die einzelnen Satelliten sind mit einem Buchstaben für das jeweilige GNSS und einer Nummer gekennzeichnet (G - GPS, E - Galileo, R - GLONASS, B - BeiDou, S - SBAS). Durch die Farbgebung der Satelliten wird angezeigt, wie der betroffene Satellit in die Auswertung der Position einbezogen werden kann, dabei sind grüne Satelliten, die die ohne Einschränkungen genutzt werden können, weil alle Informationen übertragen wurden. Von den blauen hingegen sind nicht alle Informationen empfangen worden oder das Signal wird nicht immer fehlerfrei empfangen. Daher tragen diese einen geringeren Teil zur Positionsbestimmung bei. Zu den roten Satelliten besteht keine Verbindung mehr. Dies lässt sich gut durch die Position am äußerten Horizont dieser Satelliten erklären. Auch die blauen Satelliten zeichnen sich dadurch aus, dass die meisten sich am Rand des empfangbaren Bereichs befinden. Das in Anhang \ref{cha:winAndUcenter} beschriebene u-center bietet verschiedene Möglichkeiten, die Signalqualität des Systems zu bestimmen. Einer dieser Möglichkeiten ist, die im Programm sogenannte SkyView zu betrachten. Die Abbildungen \ref{fig:skyview} zeigt einen Screenshot dieser Ansicht. Dort sind alle aktuell empfangen Satelliten und deren Positionsverlauf aus Sicht der Antenne eingezeichnet. Die einzelnen Satelliten sind mit einem Buchstaben für das jeweilige GNSS und einer Nummer gekennzeichnet (G - GPS, E - Galileo, R - GLONASS, B - BeiDou, S - SBAS). Durch die Farbgebung der Satelliten wird angezeigt, wie der betroffene Satellit in die Auswertung der Position einbezogen werden kann. Dabei sind grüne Satelliten, die die ohne Einschränkungen genutzt werden können, weil alle Informationen übertragen wurden. Von den blauen hingegen sind nicht alle Informationen empfangen worden oder das Signal wurde nicht immer fehlerfrei empfangen. Daher tragen diese einen geringeren Teil zur Positionsbestimmung bei. Zu den roten Satelliten besteht keine Verbindung mehr. Dies lässt sich gut durch die Position am äußerten Horizont dieser Satelliten erklären. Auch die blauen Satelliten zeichnen sich dadurch aus, dass die meisten sich am Rand des empfangbaren Bereichs befinden.
In der nächsten Abbildung \ref{fig:SatelliteSignal} werden die Satellitensignale als Balkendiagramm dargestellt. Die Tabelle \ref{tab:satellitenAnzahl} fasst die Daten der Abbildung zusammen. Dabei wird deutlich, dass von allen GNSS mehr als die benötigten vier Satelliten für eine Positionsbestimmung mit diesem System empfangen werden. In der nächsten Abbildung \ref{fig:SatelliteSignal} werden die Satellitensignale als Balkendiagramm dargestellt. Die Tabelle \ref{tab:satellitenAnzahl} fasst die Daten der Abbildung zusammen. Dabei wird deutlich, dass von allen GNSS mehr als die benötigten vier Satelliten für eine Positionsbestimmung mit diesem System empfangen werden.
\begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth} \begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth}
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\subsection{Verwaltungsoberfläche} \subsection{Verwaltungsoberfläche}
Die Einstellungen des Servers sind zum Abschluss dieser Arbeit lediglich über den Zugriff auf die Kommandozeile möglich. Damit sich spätere Benutzter leichter zurechtfinden, wurden kurze Beschreibungen der Einstellungen in dem \texttt{Home-Verzeichnis} des rtk-Benutzers abgelegt. Bei einem Neustart des Systems wird der benötigte Dienst automatisch gestartet. Der Server startet auch nach einem Stromausfall automatisch. Sollte der benötigte Dienst jedoch aus irgendeinem Grund abstürzen, erfordert dies einen manuellen Eingriff in das System, um den Dienst erneut zu starten und das Problem möglicherweise zu lösen. Außerdem wurde keine Monitoring- oder Benachrichtigungslösung eingebaut. Dadurch wird ein möglicher Fehler erst an anderer Stelle festgestellt und es kann dementsprechend nicht direkt auf die Ursache geschlossen werden. Die Einstellungen des Servers sind zum Abschluss dieser Arbeit lediglich über den Zugriff auf die Kommandozeile möglich. Damit sich spätere Benutzter leichter zurechtfinden, wurden kurze Beschreibungen der Einstellungen in dem \texttt{Home-Verzeichnis} des rtk-Benutzers abgelegt. Bei einem Neustart des Systems wird der benötigte Dienst automatisch gestartet. Der Server startet auch nach einem Stromausfall automatisch. Sollte der benötigte Dienst jedoch aus irgendeinem Grund abstürzen, erfordert dies einen manuellen Eingriff in das System, um den Dienst erneut zu starten und das Problem möglicherweise zu lösen. Außerdem wurde keine Monitoring- oder Benachrichtigungslösung eingebaut. Dadurch wird ein möglicher Fehler erst an anderer Stelle festgestellt und es kann dementsprechend nicht direkt auf die Ursache geschlossen werden.
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Eine erneute Konfiguration des GNSS-Moduls ist nur durch mehrere Schritte möglich, siehe dafür Anhang \ref{cha:winAndUcenter}. Der Gründe für eine erneute Konfiguration sind zwar kaum vorhanden, jedoch könnte jederzeit ein Defekt auftreten, welcher ein neues GNSS-Modul erfordert. Dieses wäre natürlich bislang nicht konfiguriert. Eine erneute Konfiguration des GNSS-Moduls ist nur durch mehrere Schritte möglich, siehe dafür Anhang \ref{cha:winAndUcenter}. Die Gründe für eine erneute Konfiguration sind zwar kaum vorhanden, jedoch könnte jederzeit ein Defekt auftreten, welcher ein neues GNSS-Modul erfordert. Dieses wäre natürlich bislang nicht konfiguriert.
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Zusammen mit der Erfüllung der gestellten Anforderungen an die Referenzstation lässt sich diese als voll funktionsfähig beschreiben. Da der Wartungsaufwand voraussichtlich sehr gering ausfallen wird, reduziert dies die Relevanz der eben genannten Einschränkungen. Einiger dieser Einschränkungen lassen sich mit einem Projekt auf GitHub namens \texttt{RTKBase} \cite[]{rtkbase} beheben und die Referenzstation damit mit Flexibilität ausstatten. Diese mögliche Änderung wird kurz im Abschnitt \ref{sec:ausblick} Ausblick beschrieben. Zusammen mit der Erfüllung der gestellten Anforderungen an die Referenzstation lässt sich diese als voll funktionsfähig beschreiben. Da der Wartungsaufwand voraussichtlich sehr gering ausfallen wird, reduziert dies die Relevanz der eben genannten Einschränkungen. Einiger dieser Einschränkungen lassen sich mit einem Projekt auf GitHub namens \texttt{RTKBase} \cite[]{rtkbase} beheben und die Referenzstation damit mit Flexibilität ausstatten. Diese mögliche Änderung wird kurz im Abschnitt \ref{sec:ausblick} Ausblick beschrieben.
\subsection{Ntrip Revision 1} \subsection{Ntrip Revision 1}
Es wurden beide Revision des Ntrip-Protokolls jeweils mit dem Caster \url{rtk2go.com} und \url{sapos-ni-ntrip.de} getestet. Dabei wurde aufgrund der Abwärtskompatibilität erwartet, dass beide Caster die aktuelle Revision von Ntrip akzeptieren. Bei der Erstellung des Mountpoints auf \url{rtk2g0.com} wurde aufgrund der Empfehlungen des Formulars die Revision 1 von Ntrip gewählt. Welche Version von Ntrip der Caster von Sapos nutzt, ist auf der Website nicht ersichtlich, da jedoch von beiden Castern Anfragen beider Ntrip Revisionen akzeptiert wurden, wird davon ausgegangen, dass auch beide die Revision 1 nutzen. Es wurden die beiden Revision des Ntrip-Protokolls jeweils mit dem Caster \url{rtk2go.com} und \url{sapos-ni-ntrip.de} getestet. Dabei wurde aufgrund der Abwärtskompatibilität erwartet, dass beide Caster die aktuelle Revision von Ntrip akzeptieren. Bei der Erstellung des Mountpoints auf \url{rtk2g0.com} wurde aufgrund der Empfehlungen des Formulars die Revision 1 von Ntrip gewählt. Welche Version von Ntrip der Caster von Sapos nutzt, ist auf der Website nicht ersichtlich. Da jedoch von beiden Castern Anfragen beider Ntrip Revisionen akzeptiert wurden, wird davon ausgegangen, dass auch beide die Revision 1 nutzen.
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Durch die vorhandene und funktionierende Abwärtskompatibilität kann daher problemlos auf die veraltete Revision verzichtet werden. Sollte doch mal ein Caster aus unerwarteten Gründen nur die Revision 1 akzeptieren, kann dies durch den implementierten Client berücksichtigt werden. Durch die vorhandene und funktionierende Abwärtskompatibilität kann daher problemlos auf die veraltete Revision verzichtet werden. Sollte doch mal ein Caster aus unerwarteten Gründen nur die Revision 1 akzeptieren, kann dies durch den implementierten Client berücksichtigt werden.
\subsection{Vergleich der Korrekturdatenqualität durch Nutzung von Spaos} \subsection{Vergleich der Korrekturdatenqualität durch Nutzung von Sapos}
Im Folgenden sollen die Positionsbestimmungen des GNSS-Moduls mit unterschiedlichen Quellen für die Korrekturdaten verglichen werden. Es werden wie im Abschnitt zuvor die eigene Referenzstation und der Sapos Dienst in Anspruch genommen. Im Folgenden sollen die Positionsbestimmungen des GNSS-Moduls mit unterschiedlichen Quellen für die Korrekturdaten verglichen werden. Es werden wie im Abschnitt zuvor die eigene Referenzstation und der Sapos Dienst in Anspruch genommen.
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Es wurden mehrere Messungen mit wachsendem Abstand zur errichteten Referenzstation vorgenommen. Dabei wurden alle Komponenten vor jeder Messung zurückgesetzt. Dem GNSS-Modul wurde vor jede Messung fünf Minuten Zeit gegeben, damit die Position ohne Korrekturdaten ermittelt werden konnte. Sobald der Ntrip-Client zugeschaltet wurde, startete zeitgleich eine Zeitmessung. Es wurden die Zeiten gemessen, wie lange das Modul für die Berechnung einer fixen Position benötigt hat. Die Messergebnisse werden in Tabelle \ref{tab:vergleichDatenQuali} dargestellt. Für diese Tests wurde das GNSS-Modul von dem Rover entfernt und wird über den Computer mit dem \texttt{u-center} Programm gesteuert. Dies ermöglicht eine bessere Auswertung und ein komfortableres Wechseln des Casters, da das u-center ebenfalls einen Ntrip-Client implementiert hat. Zusätzlich kann in der Oberfläche mit einem Klick ein Kaltstart oder Resets des Moduls ausgelöst werden. Dies wird zwischen jedem Messdurchgang ausgeführt.
\par
Es werden Messungen in verschiedene Entfernungen von der Referenzstation vorgenommen, dabei wird die Entfernung mit jedem Standortwechsel erhöht. An jedem Standort wird jeder Caster dreimal gemessen, damit Änderungen an den Umweltbedingen weniger ins Gewicht fallen, wird nach jeder einzelnen Messung auf den jeweiligen anderen Caster gewechselt. Vor jeder Messung wird dem Modul zwei Minuten Zeit gelassen. Dadurch kann das Modul vor dem Testbeginn bereits Daten von den Satelliten sammeln.
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Sobald das GNSS-Modul mit Korrekturdaten versorgt wird, beginnt die Zeitmessung. Dabei wird die Zeit gemessen, bis das Modul eine Mehrdeutigkeits- und eine Eindeutigkeitslösung gefunden hat. Wenn eine Eindeutigkeitslösung gefunden wurde, wird der Drift der Position fünf Minuten lang in der \texttt{Deviation Map} beobachtet und die maximale Abweichung wird notiert.
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Bei den Ergebnissen des Sapos Dienst werden über den gesamten Test hinweg gleichbleibende Ergebnisse erwartet, da die Korrekturdaten automatisch an die aktuelle Position des Empfängers angepasst werden. Die Ergebnisse der eigenen Referenzstation sollten sich mit steigender Entfernung zu der Referenzstation verschlechtern, weil die erzeugten Daten nicht mehr zu dem Standort des Empfängers passen. Eine deutlich sichtbare Verschlechterung wird ab einer Entfernung von 10 km erwartet.
\par
Alle gesammelten Messdaten werden im Anhang \ref{cha:messergenisse} dargestellt. In der folgenden Tabelle \ref{tab:vergleichZusammenfassung} werden nur die für die Auswertung relevanten Daten angegeben.
\begin{table}[] \begin{table}[ht]
\centering \centering
\begin{tabular}{|c|c|c|l|c|c|l|} \begin{tabular}{|c|c|c|l|c|c|l|}
\hline \hline
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20 & 12 & 12 & & 12 & 21 & \\ \hline 20 & 12 & 12 & & 12 & 21 & \\ \hline
40 & 12 & 12 & & 12 & 12 & \\ \hline 40 & 12 & 12 & & 12 & 12 & \\ \hline
\end{tabular} \end{tabular}
\caption{Messergebnisse vergleich Korrekturdatenqualität} \caption{Zusammenfassung der Vergleichsmessung}
\label{tab:vergleichDatenQuali} \label{tab:vergleichZusammenfassung}
\end{table} \end{table}
Aus den Messergebnissen können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden. Aus den Messergebnissen können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Vorteil Referenznetz automatisch richtige Korrekturdaten, auch wenn die eigentliche Station zu weit weg ist. \item Vorteil Referenznetz automatisch richtige Korrekturdaten, auch wenn die eigentliche Station zu weit weg ist.
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View File
@@ -5,10 +5,10 @@
\subsubsection{Koordinaten Plausibilität} \subsubsection{Koordinaten Plausibilität}
\subsection{Routen Management} \subsection{Routen Management}
Die Verwaltung der Routen kann getestet werden, indem die einzelnen Aktionen zur Routenverwaltung ausgeführt werden. Als Vorbereitung muss eine Route aufgezeichnet werden, dementsprechend muss der vorausgegangene Test \texttt{Route aufzeichnen} erfolgreich abgeschlossen worden sein. Für den Umfang dieses Tests wurde festgelegt, dass die Route 10 Punkte beinhalten soll. Die Anzahl der bereits aufgezeichneten Punkte kann im Menü des Aufzeichnungsmodus verfolgt und abschließend im Menü \texttt{Route} überprüft werden. In diesem Menü können die einzelnen Koordinaten der Punkte betrachtet werden, diese werden wieder notiert, um die Richtigkeit der Daten im Verlauf des Tests prüfen zu können. Die Verwaltung der Routen kann getestet werden, indem die einzelnen Aktionen zur Routenverwaltung ausgeführt werden. Als Vorbereitung muss eine Route aufgezeichnet werden, dementsprechend muss der vorausgegangene Test \texttt{Route aufzeichnen} erfolgreich abgeschlossen worden sein. Für den Umfang dieses Tests wurde festgelegt, dass die Route 10 Punkte beinhalten soll. Die Anzahl der bereits aufgezeichneten Punkte kann im Menü des Aufzeichnungsmodus verfolgt und abschließend im Menü \texttt{Route} überprüft werden. In diesem Menü können die einzelnen Koordinaten der Punkte betrachtet werden. Diese werden wieder notiert, um die Richtigkeit der Daten im Verlauf des Tests prüfen zu können.
\subsubsection{Route exportieren} \subsubsection{Route exportieren}
Nach Abschluss der Vorbereitung kann die Route exportiert werden, dafür muss der zugehörige Menüpunkt aufgerufen werden. In diesem muss eine \texttt{ID} für die Route vergeben werden. In diesem Fall wird dafür die Zahl \(98\) gewählt. Nach der Bestätigung wird der Ausgang des Exports mitgeteilt. In diesem Fall erscheint die Meldung \glqq \texttt{Export complete}\grqq\ mit dem Code \(201\). Zur Überprüfung der gespeicherten Daten kann die Route über die folgende URL abgerufen werden: \url{https://rover.kleiax.de/api/98}. Die empfangenen Daten des Endpunktes der API entsprechen den übermittelten Daten. Nach Abschluss der Vorbereitung kann die Route exportiert werden. Dafür muss der zugehörige Menüpunkt aufgerufen werden. In diesem muss eine \texttt{ID} für die Route vergeben werden. In diesem Fall wird dafür die Zahl \(98\) gewählt. Nach der Bestätigung wird der Ausgang des Exports mitgeteilt. In diesem Fall erscheint die Meldung \glqq \texttt{Export complete}\grqq\ mit dem Code \(201\). Zur Überprüfung der gespeicherten Daten kann die Route über die folgende URL abgerufen werden: \url{https://rover.kleiax.de/api/98}. Die empfangenen Daten des Endpunktes der API entsprechen den übermittelten Daten.
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Ein erneuter Versuch, die Route mit derselben \texttt{ID} zu exportieren, schlägt richtigerweise mit dem Code \(419\) fehl, da die \texttt{ID} bereits verwendet wird und dadurch sichergestellt werden kann, dass diese nicht durch eine fehlerhafte Eingabe überschrieben oder verfälscht wird. Ein erneuter Versuch, die Route mit derselben \texttt{ID} zu exportieren, schlägt richtigerweise mit dem Code \(419\) fehl, da die \texttt{ID} bereits verwendet wird und dadurch sichergestellt werden kann, dass diese nicht durch eine fehlerhafte Eingabe überschrieben oder verfälscht wird.
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Während der Nutzung im Zuge der Entwicklung und der Tests sind allgemeine Erkenntnisse zu dem Rover erlangt worden. Diese werden im Folgenden thematisiert und beziehen sich hauptsächlich auf die Handhabung und die Umweltanforderungen, welche durch die Architektur des Rovers gestellt werden. Während der Nutzung im Zuge der Entwicklung und der Tests sind allgemeine Erkenntnisse zu dem Rover erlangt worden. Diese werden im Folgenden thematisiert und beziehen sich hauptsächlich auf die Handhabung und die Umweltanforderungen, welche durch die Architektur des Rovers gestellt werden.
\subsection{W-LAN} \subsection{W-LAN}
Durch die benötigten Korrekturdaten für das GNSS-Modul, welche über das Internet übertragen werden, muss der Rover stets auf eine Internetverbindung zugreifen können. Der Vorteil dieser Übertragungsmethode liegt in der Verfügbarkeit im Gegensatz zu spezielleren Lösungen, dadurch wird nicht zwingend eine eigene Basisstation benötigt. Das Problem liegt darin, wie die Verbindung hergestellt wird. Im aktuellen Ausbau verfügt der Rover lediglich über W-LAN. Den bereits in Kapitel \ref{ssec:wlan-description} beschriebenen Spezifikationen, kann die Reichweite von W-LAN Netzwerken entnommen werden. Mit den vom Rover unterstützen \(2,4 GHz\) Band, mit der besten Reichweite, ist eine Abdeckung des Einsatzgebietes sehr aufwendig. Außerdem ist Konfiguration des Rovers für Änderungen des W-LANs durch Konfiguration oder Standortwechsel anfällig. Durch die benötigten Korrekturdaten für das GNSS-Modul, welche über das Internet übertragen werden, muss der Rover stets auf eine Internetverbindung zugreifen können. Der Vorteil dieser Übertragungsmethode liegt in der Verfügbarkeit im Gegensatz zu spezielleren Lösungen. Dadurch wird nicht zwingend eine eigene Basisstation benötigt. Das Problem liegt darin, wie die Verbindung hergestellt wird. Im aktuellen Ausbau verfügt der Rover lediglich über W-LAN. Den bereits in Kapitel \ref{ssec:wlan-description} beschriebenen Spezifikationen, kann die Reichweite von W-LAN Netzwerken entnommen werden. Mit den vom Rover unterstützen \(2,4 GHz\) Band, mit der besten Reichweite, ist eine Abdeckung des Einsatzgebietes sehr aufwendig. Außerdem ist die Konfiguration des Rovers für Änderungen des W-LANs durch Konfiguration oder Standortwechsel anfällig.
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Die aktuelle Lösung besteht darin, ein Mobilfunktelefon mit aktivierten W-LAN Access Point in der Nähe des Rovers zu halten oder dieses in dem Rover mitfahren zu lassen. Allerdings werden dadurch nicht alle zuvor genannten Probleme behoben, daher wäre an dieser Stelle eine Optimierung, welche diesen Umweg überflüssig werden lässt, angebracht. Die aktuelle Lösung besteht darin, ein Mobilfunktelefon mit aktivierten W-LAN Access Point in der Nähe des Rovers zu halten oder dieses in dem Rover mitfahren zu lassen. Allerdings werden dadurch nicht alle zuvor genannten Probleme behoben, daher wäre an dieser Stelle eine Optimierung, welche diesen Umweg überflüssig werden lässt, angebracht.
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\section{Zusammenfassung} \section{Zusammenfassung}
Im Verlauf dieser Arbeit wurde die Referenzstation errichtet und der Rover sowohl mit weiterer Hardware als auch Software ausgestattet. Im Verlauf dieser Arbeit wurde die Referenzstation errichtet und der Rover sowohl mit weiterer Hardware als auch Software ausgestattet.
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Für die Referenzstation mussten zunächst die Gegebenheiten und die Möglichkeiten einer Installation besprochen werden. Nachdem der Installationsort festgelegt worden war, konnte mit der Auswahl der passenden Hardware und dem Installationsmaterial begonnen werden. Dabei wurde das Augenmerk besonders auf die Umweltbedingungen gelegt, um der Anlage eine möglichst lange und störungsfreie Lebenszeit zu ermöglichen. Die Anbindung an das Netzwerk sowie die Herstellung der Stromversorgung stellten eine Herausforderung dar, weil ein bereits in Benutzung befindliches Netzwerkkabel mit \texttt{Power over Ethernet} verwendet werden musste, um die Referenzstation anzubinden. Deshalb musste dieses zunächst mit einem PoE-Extender aufgeteilt werden, um anschließend mit einem PoE-Splitter die Daten und die Stromzuführung für den Server zu trennen. Die eingebrachte Technik wurden in einem wasserfesten Installationskasten untergebracht, für diesen wurde Halterungen passend für den Installationsort entwickelt. Die Position der GNSS-Antenne wurde mit einem C-Profil deutlich erhöht, sodass diese keinen Abschattungen unterliegt. Für die Referenzstation mussten zunächst die Gegebenheiten und die Möglichkeiten einer Installation besprochen werden. Nachdem der Installationsort festgelegt worden war, konnte mit der Auswahl der passenden Hardware und dem Installationsmaterial begonnen werden. Dabei wurde das Augenmerk besonders auf die Umweltbedingungen gelegt, um der Anlage eine möglichst lange und störungsfreie Lebenszeit zu ermöglichen. Die Anbindung an das Netzwerk sowie die Herstellung der Stromversorgung stellten eine Herausforderung dar, weil ein bereits in Benutzung befindliches Netzwerkkabel mit \texttt{Power over Ethernet} verwendet werden musste, um die Referenzstation anzubinden. Deshalb musste dieses zunächst mit einem PoE-Extender aufgeteilt werden, um anschließend mit einem PoE-Splitter die Daten und die Stromzuführung für den Server zu trennen. Die eingebrachte Technik wurden in einem wasserfesten Installationskasten untergebracht. Für diesen wurden Halterungen passend für den Installationsort entwickelt. Die Position der GNSS-Antenne wurde mit einem C-Profil deutlich erhöht, sodass diese keinen Abschattungen unterliegt.
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Der Server der Referenzstation wurde so vorbereitet, dass ein Fernzugriff möglich ist. Mit diesem wurde die benötigte Software installiert und das angeschlossene GNSS-Modul konfiguriert. Damit die Konfiguration abgeschlossen werden konnte, musste die Antenne mit einer 24-stündigen Sitzung eingemessen werden. Dafür wurden die Daten von einem Post-Processing-Service verarbeitet. Seit diesem Zeitpunkt ist die Referenzstation operativ und kann Endgeräte mit Korrekturdaten versorgen. Der Server der Referenzstation wurde so vorbereitet, dass ein Fernzugriff möglich ist. Mit diesem wurde die benötigte Software installiert und das angeschlossene GNSS-Modul konfiguriert. Damit die Konfiguration abgeschlossen werden konnte, musste die Antenne mit einer 24-stündigen Sitzung eingemessen werden. Dafür wurden die Daten von einem Post-Processing-Service verarbeitet. Seit diesem Zeitpunkt ist die Referenzstation operativ und kann Endgeräte mit Korrekturdaten versorgen.
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Bevor die Entwicklung der eigentlichen Navigation beginnen konnte, musst noch das Gyroskop dem Rover hinzugefügt werden. Ein konstruierter Halter befestigt dieses am Rover und die Verbindung wurde über den dafür bereitstehenden I2C-Bus hergestellt. Die Werte des Gyroskops werden über die Klasse der Sensorverwaltung verfügbar gemacht. Der Navigationsalgorithmus verfährt nach dem Schema, den Rover zunächst auf den Zielpunkt auszurichten und dann auf diesen zuzufahren, bis die Abweichung der Ausrichtung zu groß ist. In diesem Fall wird von vorn begonnen. Damit dem Navigationsalgorithmus Zielpunkte zur Verfügung stehen, welche nach einander abgefahren werden können, wurde die Erstellung und Verwaltung von Routen implementiert. Die Routen bestehen aus Punkten, welche die eigentlichen Koordinaten speichern. Die Verwaltung der Routen bietet neben anderen Funktionen die Möglichkeiten, einzelne Routen über eine API extern zu verwalten und damit immer wieder abrufbar machen. Bevor die Entwicklung der eigentlichen Navigation beginnen konnte, musst noch das Gyroskop dem Rover hinzugefügt werden. Ein konstruierter Halter befestigt dieses am Rover und die Verbindung wurde über den dafür bereitstehenden I2C-Bus hergestellt. Die Werte des Gyroskops werden über die Klasse der Sensorverwaltung verfügbar gemacht. Der Navigationsalgorithmus verfährt nach dem Schema, den Rover zunächst auf den Zielpunkt auszurichten und dann auf diesen zuzufahren, bis die Abweichung der Ausrichtung zu groß ist. In diesem Fall wird von vorn begonnen. Damit dem Navigationsalgorithmus Zielpunkte zur Verfügung stehen, welche nach einander abgefahren werden können, wurde die Erstellung und Verwaltung von Routen implementiert. Die Routen bestehen aus Punkten, welche die eigentlichen Koordinaten speichern. Die Verwaltung der Routen bietet neben anderen Funktionen die Möglichkeiten, einzelne Routen über eine API extern zu verwalten und damit immer wieder abrufbar machen.
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Nach der vollständigen Implementierung der geforderten Funktionalitäten konnten mit der Evaluation begonnen werden. Dabei wurden verschiedene Tests ausgeführt, mit diesen sollte zunächst die Funktion der Implementierungen geprüft werden. Überdies wurde untersucht, ob sich ein unterscheidbares Verhalten einstellt, wenn die Quelle der Korrekturdaten von der errichteten Referenzstation auf den Sapos Dienst geändert wird. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchen werden im nächsten Abschnitt, dem Fazit, erläutert. Nach der vollständigen Implementierung der geforderten Funktionalitäten konnten mit der Evaluation begonnen werden. Dabei wurden verschiedene Tests ausgeführt. Mit diesen sollte zunächst die Funktion der Implementierungen geprüft werden. Überdies wurde untersucht, ob sich ein unterscheidbares Verhalten einstellt, wenn die Quelle der Korrekturdaten von der errichteten Referenzstation auf den Sapos Dienst geändert wird. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchen werden im nächsten Abschnitt, dem Fazit, erläutert.
\section{Fazit} \section{Fazit}
Ergebnisse eigene vs andere Station Ergebnisse eigene vs andere Station
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\section{Ausblick} \section{Ausblick}
\label{sec:ausblick} \label{sec:ausblick}
Diese Arbeit wird mit einem Ausblick auf die mögliche Zukunft des Projekts abgeschlossen. Die einzelnen Punkte des Ausblicks ergeben sich aus dem eben geschlossenen Fazit und den im vorherigen Kapitel \ref{cha:bewertung} gemachten Bewertungen. Dabei steht die Bedienung und Umstrukturierung des Rovers im Mittelpunkt und wird von Erweiterungen des Rovers für eine gesteigerte Autonomie begleitet. Zusätzlich wird die Option der Softwareänderung auf dem Server der Referenzstation erläutert. Diese Arbeit wird mit einem Ausblick auf die mögliche Zukunft des Projekts abgeschlossen. Die einzelnen Punkte des Ausblicks ergeben sich aus dem eben geschlossenem Fazit und den im vorherigen Kapitel \ref{cha:bewertung} gemachten Bewertungen. Dabei steht die Bedienung und Umstrukturierung des Rovers im Mittelpunkt und wird von Erweiterungen des Rovers für eine gesteigerte Autonomie begleitet. Zusätzlich wird die Option der Softwareänderung auf dem Server der Referenzstation erläutert.
\subsection{Erweiterung des Bedienkonzepts mittels Web-App} \subsection{Erweiterung des Bedienkonzepts mittels Web-App}
Die Fernbedienung eignet sich besonders gut für die Einrichtung des Rovers. Weiterhin ist die Bedienung jedoch sehr eingeschränkt. In dem angestrebten Anwendungsfall des Patrouille fahrenden Rovers ist eine Steuerung unabhängig des Standorts des Rovers, angebracht. Diese könnte über eine Webapplikation, welche dem Rover als Server dient, umgesetzt werden. Die bereits minimal als Webapplikation bestehende Routenverwaltung könnte mit dieser Erweiterungen zusammengefügt werden. Für die Anwendung sind die folgenden Punkte als Features denkbar. Die Fernbedienung eignet sich besonders gut für die Einrichtung des Rovers. Weiterhin ist die Bedienung jedoch sehr eingeschränkt. In dem angestrebten Anwendungsfall des Patrouille fahrenden Rovers ist eine Steuerung unabhängig des Standorts des Rovers, angebracht. Diese könnte über eine Webapplikation, welche dem Rover als Server dient, umgesetzt werden. Die bereits minimal als Webapplikation bestehende Routenverwaltung könnte mit dieser Erweiterungen zusammengefügt werden. Für die Anwendung sind die folgenden Punkte als Features denkbar:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Eine Hauptfunktion könnte die Verwaltung der gespeicherten Routen darstellen. Die verschiedenen Routen könnten in Karten dargestellt werden. Wenn der Rover zurzeit eine Route abfährt, kann die aktuelle Position, der Fortschritt, die restliche Route und der aktuelle Zielpunkt sowie die Geschwindigkeit und geschätzte Ankunftszeiten angezeigt werden. \item Eine Hauptfunktion könnte die Verwaltung der gespeicherten Routen darstellen. Die verschiedenen Routen könnten in Karten dargestellt werden. Wenn der Rover zurzeit eine Route abfährt, kann die aktuelle Position, der Fortschritt, die restliche Route und der aktuelle Zielpunkt sowie die Geschwindigkeit und geschätzte Ankunftszeiten angezeigt werden.
\item Als weitere Funktion ist die Planung der Aufgaben des Rovers vorstellbar, beispielsweise wann eine Route abgefahren werden soll oder in welchen Abständen und wie oft diese wiederholt werden soll. \item Als weitere Funktion ist die Planung der Aufgaben des Rovers vorstellbar. Beispielsweise wann eine Route abgefahren werden soll oder in welchen Abständen und wie oft diese wiederholt werden soll.
\item Über diese Anwendung könnten auch Push-Benachrichtigungen versandt werden, die über den aktuellen Zustand oder etwaige Probleme informieren. \item Über diese Anwendung könnten auch Push-Benachrichtigungen versandt werden, die über den aktuellen Zustand oder etwaige Probleme informieren.
\item Dem Rover könnten auch allgemeine Befehle und Konfiguration übermittelt werden. Dazu könnte die Rückkehr zum Ausgangspunkt (Ladestation) oder die angestrebte Geschwindigkeit gehören. \item Dem Rover könnten auch allgemeine Befehle und Konfiguration übermittelt werden. Dazu könnte die Rückkehr zum Ausgangspunkt (Ladestation) oder die angestrebte Geschwindigkeit gehören.
\item Der Vorteil einer Webapplikation besteht darin, dass diese mit geringem Entwicklungsaufwand für unterschiedliche Endgeräte verfügbar gemacht werden könnte. Die Kommunikation mit dem Rover würde über die bereits erforderliche Internetverbindung abgewickelt werden. \item Der Vorteil einer Webapplikation besteht darin, dass diese mit geringem Entwicklungsaufwand für unterschiedliche Endgeräte verfügbar gemacht werden könnte. Die Kommunikation mit dem Rover würde über die bereits erforderliche Internetverbindung abgewickelt werden.
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\subsection{Umstrukturierung und Erweiterung des Rovers} \subsection{Umstrukturierung und Erweiterung des Rovers}
Durch die zu Anfang des Projekts gesetzte Anforderung, den Hardwareaufwand des Rovers möglichst gering zu halten und die Nähe zu dem ArduinoCore zu halten wurde das System des Rovers in Komponenten unterteilt, welche durch das Interface \mintinline{c++}|class Component| definiert werden. Dieses wird den Ansprüchen an eine Taskverwaltung nicht gerecht. Daher sollte in zukünftigen Versionen das System auf die Nutzung von \texttt{FreeRTOS} umstrukturiert werden. Dies erfordert keine komplette Abkehr von dem ArduinoCore, da dieser im auf FreeRTOS aufbaut. Durch die zu Anfang des Projekts gesetzte Anforderung, den Hardwareaufwand des Rovers möglichst gering zu halten und die Nähe zu dem ArduinoCore zu halten, wurde das System des Rovers in Komponenten unterteilt, welche durch das Interface \mintinline{c++}|class Component| definiert werden. Dieses wird den Ansprüchen an eine Taskverwaltung nicht gerecht. Daher sollte in zukünftigen Versionen das System auf die Nutzung von \texttt{FreeRTOS} umstrukturiert werden. Dies erfordert keine komplette Abkehr von dem ArduinoCore, da dieser auf FreeRTOS aufbaut.
\par \par
Sollte das Projekt weiter wachsen und auf stärkere Hardware setzen, kann auch der Einsatz von dem speziellen Betriebssystem \texttt{ROS} für Roboter in Betracht gezogen werden. Dies würde allerdings sehr bedeutende Veränderungen für Soft- und Hardware herbeiführen. Daher wäre auch der Einsatz von \texttt{micro-ROS} vorstellbar, da so die Änderungen an der Hardware eingespart werden könnten. Sollte das Projekt weiter wachsen und auf stärkere Hardware setzen, kann auch der Einsatz von dem speziellen Betriebssystem \texttt{ROS} für Roboter in Betracht gezogen werden. Dies würde allerdings sehr bedeutende Veränderungen für Soft- und Hardware herbeiführen. Daher wäre auch der Einsatz von \texttt{micro-ROS} vorstellbar, da so die Änderungen an der Hardware eingespart werden könnten.
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\chapter{Windows und U-Center} \chapter{Windows und u-center}
\label{cha:winAndUcenter} \label{cha:winAndUcenter}
Im Folgenden wird die Installation des u-centers sowie der benötigten Abhängigkeiten erklärt.
\section{Virtuelle Com-Ports} \section{Virtuelle COM-Ports}
\section{U-Center Einstellungen} Die Verbindung zwischen dem Server und dem Zielcomputer wird durch das in Abschnitt \ref{ssec:ser2net} beschriebene Programm \texttt{ser2net} ermöglicht. Dieses veröffentlicht einen Port auf dem Server, zu welchem sich der Zielcomputer verbinden muss. Dafür wird zum einen das Programm \texttt{com0com} benötigt. Mithilfe dessen können unter Windows virtuelle COM-Ports erstellt und miteinander verbunden werden. Es werden zwei miteinander verbundene Ports benötigt. Der Erste wird mit dem Server verbunden. Der Zweite steht dem Anwenderprogramm, in diesem Fall dem u-center, zur Verfügung. Zum anderen wird das Programm \texttt{com2tcp} verwendet, um den ersten Port mit dem Server zu verbinden. Die Programme können unter den folgenden Links heruntergeladen werden:
\setlist{noitemsep}
\begin{itemize}
\item u-center - \url{https://www.u-blox.com/en/product/u-center}
\item com0com - \url{https://sourceforge.net/projects/com0com/files/com0com/}
\item com2tcp - \url{https://sourceforge.net/projects/com0com/files/com2tcp/}
\end{itemize}
\setlist{}
Nach der Installation muss für die Erzeugung der virtuellen COM-Ports die \texttt{setupc.exe} aufgerufen werden, diese erwartet eine Eingabe. Durch den Befehl \texttt{install PortName=19, emuBR=yes PortName=COM20} können die benötigten Ports erzeugt werden. Anschließend kann die Verbindung mit com2tcp hergestellt werden. Dafür wird die IP-Adresse des Servers sowie der Port, auf dem die Verbindung freigegeben ist, benötigt. Der Befehl lautet: \texttt{com2tcp.bat \textbackslash\textbackslash.\textbackslash COM19 <IP> <Port>}.
\section{u-center Einstellungen}
Sobald die virtuellen COM-Ports vollständig konfiguriert sind, kann eine Verbindung zu dem GNSS-Modul in dem u-center aufgebaut werden. Dafür muss in dem Reiter \texttt{Receiver} der Port \texttt{COM20} ausgewählt werden. In den meisten Fällen wird das Modul automatisch erkannt, sollte dies nicht funktionieren kann zusätzlich die Baud-Rate und die Generation des Moduls eingestellt werden. Wenn die Verbindung erfolgreich hergestellt wurde, werden in der Statusleiste ankommende Pakete durch ein Blinken des Verbindungssymbols angezeigt. Zusätzlich werden auf der rechten Seite einige Graphen, Diagramme und weiter Informationen über empfangene Satelliten, Position, Geschwindigkeit und Zustand des Moduls angezeigt.
\par
Für die Evaluation des Drifts eignet sich die über den Reiter \texttt{View} aufrufbare \texttt{Deviation Map}. In dieser werden alle errechneten Positionslösungen des Moduls eingezeichnet, sodass bei einer stillstehenden Antenne die Abstände zwischen den einzelnen Punkten als Drift angesehen werden können.
\par
Die Konfiguration kann über die im selben Reiter aufrufbare \texttt{Configuration View} erfolgen. Auf der linken Seite werden die Kategorien angezeigt. Für diese Arbeit wurden die folgen Kategorien benötigt:
\begin{itemize}
\item CFG (Configuration) - In diesem Bereich können die Einstellungen in den FLASH-Speicher des Moduls geschrieben werden. Dies ist nötig, wenn die Einstellungen auch nach einem Neustart verfügbar sein sollen.
\item MSG (Messages) - Über diesen Bereich kann eingestellt werden, welche Nachrichten von dem Modul gesendet werden sollen. Dabei kann angeben werden, über welchen Kanal und in welchem Intervall die Nachricht versendet werden soll. In dieser Arbeit wurden so die RTCM-Nachrichten aktiviert.
\item PRT (Ports) - Diese Ansicht ermöglicht es einzelne Ports (Kanäle) des Moduls zu konfigurieren. Dadurch können Nachrichtentypen, die über einen Kanal versendet werden könne (NMEA, UBX, RTCM) selektiert werden. Des Weiteren sind für die beiden UART-Ports die technischen Eigenschaften konfigurierbar.
\item TMODE (Time Mode) - Für die Konfiguration als Referenzstation, werden diese Optionen benötigt. Dort kann die ermittelte Position der Antenne eingetragen werden.
\end{itemize}
+46
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@@ -1,2 +1,48 @@
\chapter{Routen API} \chapter{Routen API}
\label{cha:httpApi} \label{cha:httpApi}
Die API für die Routenverwaltung wurde in JavaScript mit Node.js als ausführende Umgebung. Zusätzlich wurde das Framework Express genutzt. Der Quellcode der API ist mit dem Anhang \ref{cha:cd} zu finden.
\par
Die Entwicklung der API wurde aus rein funktioneller Sicht betrieben. Daher sind keine Vorkehrungen für die Sicherheit, wie eine Benutzerverwaltung, getroffen worden. Somit ist es aktuell für jeden möglich, die API zu benutzen.
\par
Im Folgenden werden die Endpunkte der API beschrieben, dabei wird die vorangestellte URI \url{https://rover.kleiax.de/api} ausgelassen. Die API nutzt für die Rückmeldung immer Nachrichten mit dem JSON-Format.
\begin{itemize}
\item Methode: GET, Endpunkt: /amount - Gibt die Anzahl aller gespeicherten Routen zurück.
\item Methode: GET, Endpunkt: /infos - Das Objekt enthält die Anzahl aller Routen, alle Routen-IDs und die Anzahl der Punkte zu jeder Route.
\item Methode: GET, Endpunkt: /<id> - Gibt das Objekt einer Route zurück, mit der <id>, der Anzahl der Punkte und den Punkten selbst.
\item Methode: POST, Endpunkt: / - Erstellt eine Route anhand der Übergabeparameter.
\item Methode: DELETE, Endpunkt: /<id> - Löscht die Route mit der <id>.
\end{itemize}
Die Routen werden auf dem Server der API in einer JSON-Datei als ein Array gespeichert. Zusätzlich zu den Endpunkten ist eine Website verfügbar, welche das Info-Objekt darstellt, um eine schnelle übersicht über die vorhanden Routen zu geben.
\pagebreak
\section{Darstellung einer Route in JSON}
Eine Route, die der Rover empfängt oder versendet, wird nach dem folgenden Muster in JSON übermittelt.
\begin{minted}[linenos, gobble=2, tabsize=2]{json}
{
"number": 5,
"amountPoints": 4,
"points": [
[
48.11111,
2.302038
],
[
48.22222,
2.302038
],
[
48.33333,
2.302038
],
[
48.44444,
2.302038
]
]
}
\end{minted}
+37
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@@ -0,0 +1,37 @@
\chapter{Messergebnisse vergleich zwischen Sapos und Eigenlösung}
\label{cha:messergenisse}
!!!Bild von dem Messaufbau!!!
\begin{landscape}
\begin{table}[ht]
\centering
\begin{tabular}{|c|l|l|l|l|l|l|l|l|l|}
\hline
\multicolumn{1}{|l|}{\textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Distanz\\ {[}km{]}\end{tabular}}} & \textbf{Nr.} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Sapos\\ ambigious\\ {[}s{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Sapos\\ fix\\ {[}s{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Sapos\\ max.\\ Abweichung\\ {[}cm{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Sapos\\ fix\\ Position\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}FH\\ ambigious\\ {[}s{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}FH\\ \\ fix\\ {[}s{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}FH\\ max.\\ Abweichung\\ {[}cm{]}\end{tabular}} & \textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}FH\\ fix\\ Position\end{tabular}} \\ \hline
\multirow{3}{*}{1} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{10} & \multicolumn{1}{c|}{20} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{2} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{5} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{10} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{15} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{20} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{21} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\multirow{3}{*}{40} & 1 & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & & \multicolumn{1}{c|}{12} & \multicolumn{1}{c|}{12} & & \\ \cline{2-10}
& 2 & & & & & & & & \\ \cline{2-10}
& 3 & & & & & & & & \\ \hline
\end{tabular}
\caption{Messergebnisse vergleich zwischen Sapos und Eigenlösung}
\label{tab:vergleichDatenQuali}
\end{table}
\end{landscape}
+7
View File
@@ -1,4 +1,7 @@
Fehlende Abschnitte: Fehlende Abschnitte:
Kurzfassung / Abstract
- Einleitung
- Bild vom Rover
- Bewertung - Bewertung
- Tests - Tests
- Route aufzeichnen - Route aufzeichnen
@@ -6,3 +9,7 @@ Fehlende Abschnitte:
- Resümee - Resümee
- Fazit - Fazit
- Anhang
Bug für refs finden