GPS
Robots
AlgemeenChassisDaghandelGedachtenspeeltjesMiningMuzikantenPCBSchildjesSensorenTalenVerplaatst ActuatorenVerplaatst Fleurigs roboticaVerplaatst InterfacingVoedingenµControllers
Flora Control
Op deze pagina worden de mogelijkheden van GPS voor een robot op een rijtje gezet. GPS is eenvoudig en relatief goedkoop. GPS werkt echter nooit binnenhuis. Buitenhuis biedt het een uitstekend referentie kader. Bij Trimble is er een heldere en bijna volledige uitleg te vinden over de technische werking van GPS. Gps information.net biedt vele links naar diverse GPS sites.

Ik werk zelf met een Geko 201 handheld GPS van Garmin. Om compatible met Google Earth te zijn zal u zelf de de Graden, Minuten, Seconden moeten omzetten in decimale graden.

GPS bestaat in diverse smaken en iedere smaak heeft zijn eigen beperkingen en mogelijkheden. Hieronder een klein overzicht over geschatte nauwkeurigheden voor diverse GPS smaken, door verschillende websites:

 

Type Nauwkeurigheid Opmerking
Kowoma.de Vele Site gebaseerd op werkelijk technische/natuurkundige GPS mogelijkheden
Wieringermeersite 0,5 - 30 cm Wishfull thinking van Automaatje
GPS standaard 10 - 100m 15 - 30 m lijkt normaler
DGPS (wiki) 5 - 50 cm Klinkt als onzin
RTK-GPS (wiki) 0,5 - 30 cm Gebruikt extreem dure en onzeker locale hulpzenders, nauwkeurigheid onzeker
GPS standaard met SA 100 m Met USA defense "Selective Availability" ingeschakeld
GPS standaard zonder SA 15 m Zonder klok storing (uitgeschakeld sinds 1 mei 2000)
DGPS 3 - 5 m Typische waarde
WAAS/EGNOS 1 - 3 m Typische waarde (test signaal beschikbaar sinds april 2003)

GPS is ontwikkeld door de VS voor militaire doeleinden. Omdat het werkt met signalen van satellieten die door iedereen over de gehele wereld kunnen worden ontvangen werd er in de beginperiode een soort storing toegevoegd: de zogenaamde "Selectiv Availability". Deze maakte het systeem bewust onnauwkeuriger voor niet geautoriseerde gebruikers. SA is onder druk van de amerikaanse niet-militaire industrie sinds 2000 uitgeschakeld. Omdat het systeem toch al betaald was (door de amerikaanse belastingbetalers) is het systeem nu gratis beschikbaar voor iedereen ter wereld. Echter, zoals uit de bovenstaande tabel blijkt is GPS niet nauwkeurig genoeg voor absolute positiebepaling van een robot.

Er bestaan verbeterde versies van standaard GPS zoals Differentiele GPS(= DGPS). DGPS neemt een extra (vierde) satelliet om zo de afwijking te berekenen en haalt al veel betere nauwkeurigheden dan standaard GPS. Dit wordt ook wel 3D genoemd en werkt eigenlijk in ieder modern GPS systeem met voldoende ontvangst.

De luchtvaart wenst een GPS systeem, dat wereldwijd nauwkeurig genoeg is om een vliegtuig zonder zicht te kunnen laten opstijgen en landen. Vergelijkbare systemen bestaan al wel, maar uitsluitend lokaal. Dat wil zeggen dat zowel vliegveld als vliegtuig beschikking moesten hebben over congruente, dure apparatuur. Gelukkig kan de nauwkeurigheid van GPS met een (kleine) verbetering hiervoor worden gebruikt. Deze (kleine) verbetering bestaat uit een verbeterde GPS software in combinatie met extra satellieten. In de USA is dit concept al enkele jaren geimplementeerd onder de naam: WAAS. Het is nog steeds niet goedgekeurd voor landingen zonder zicht, maar het komt in de buurt. In Europa is het WAAS-compatible signaal sinds 1 april 2003 van start gegeaan onder de naam Egnos. In Japan is het hele project vertraagd doordat het lanceren van de benodigde satellieten mislukte. Voor optimale nauwkeurigheid is EGNOS enabled handig. Sinds 1 mei 2003 is het EGNOS signaal WAAS compatible en zou het dus ook in Nedeland moeten werken. Testen in het open veld lijken dit te bevestigen, met een maximale nauwkeurigheid van 3 meter volgens de GPS. Dit is misschien genoeg om een vliegtuig te kunnen laten landen, maar veel te weinig voor een robot. Het is wel de hoogst haalbare nauwkeurigheid van GPS voor een robot.

RTK-GPS heeft wel de gewenste nauwkeurigheid, maar is volstrekt onbruikbaar. Het maakt gebruik van een heel duur netwerk van speciale steunzenders. Niet alleen de zendmasten zijn ontzettend duur per gebruiker, maar ook de jaarlijkse rechten voor het gebruik van de frequentie kosten veel per gebruiker. Bovendien is de apparatuur in de ontvanger veel duurder dan bij gewone GPS. Daarom bestaan deze steunzenders nog niet in Nederland behoudens proefprojecten. Het is ook niet te verwachten dat deze techniek in de toekomst universeel zal worden omdat deze techniek enkel nodig is voor online metingen, want offline metingen kunnen via het onderstaande systeem worden gemeten met een vergelijkbare nauwkeurigheid. Kortom, dit systeem is geen oplossing voor een robot.

Er bestaat in Nederland namelijk wel een systeem dat wel volgens nauwkeurige standaards werkt en bovendien aansluit bij europese- en zelfs wereldstandaards. Dit systeem wordt geexploiteerd door het kadaster en heet agrs.nl. Dit systeem werkt in 3D en claimt een nauwkeurigheid van 25 cm voor navigatiesystemen. Het is echter niet bruikbaar voor een robot omdat het niet online werkt. De metingen worden opgeslagen en kunnen na 24 uur worden gecorrigeerd met de informatie over de afwijkingen in de satellietbanen en andere variabelen. Dit maakt dat agrs.nl weinig zinvol is voor Farmbot. Bovendien is de toegang tot dit systeem niet gratis. Het is ook nog maar de vraag of dit systeem zich laat implementeren in een mobiel systeem, want alle meetapparatuur ziet er uit als een oversized dinosaurus. Kortom, ook dit systeem is geen oplossing voor een robot.

Legacy

Ik gebruik een 2GB kaartje voor datalogging van mijn GPS. Een single raw datablock bevat 512 bytes. Dat is, indien geformateerd met FAT32, 1.969.479.680 bytes vrije ruimte. Een dataregel van 128 bytes laat dus plaats voor 15.734.187 entries. Indien er per 5 seconden een entry wordt gemaakt is er dus plaats voor meer dan 2 jaar aan data-logging.

Naam Voorbeeld Betekenis Bron Lengte Totaal
Datum 20080403 3 april 2008 UTC+1 DS1307 8 8
Tijd 235959 23:59:59 UTC+1 DS1307 6 14
Latitude 52023055N 52 graden, 02min, 30sec, 55msec Noorderbreedte GPS 9 23
Longitude 004287853E 004graden, 28min, 78sec, 53msec Oosterlengte GPS 10 33
Horizontale error 0150 15 m geschat GPS 4 37
Altitude 10000 Hoogte in voet GPS 5 42
Verticale error 0450 45 m geschat GPS 4 46
Snelheid 0005 0,5 knoop over de grond GPS 4 50
Koers 0547 54,7 graden over de grond CMG GPS 4 54
Richting 0526 52,6 richting van de boot CMPS03 4 58