Cómo configurar una INS para mapeo móvil

En este blog, estamos cubriendo cómo configurar un INS para mapeo móvil, específicamente un OXTS INS, tanto en una plataforma terrestre como en un vehículo aéreo, como un dron, para que pueda obtener los mejores datos posibles de su levantamiento. Hemos diseñamos nuestros dispositivos para que sean lo más sencillos posible de instalar, desde la colocación de la antena y la configuración del dispositivo hasta la calibración de la convergencia para estudios LiDAR.

Nota: Este blog está pensado como una guía configurar hardware OXTS INS en términos generales; para detalles específicos de cómo configurar nuestros dispositivos, descargue el manual del producto correspondiente.

Lista de verificación previa a la instalación

Lo primero que debes hacer es asegurarte de tener todos los componentes que necesitas, incluido tu dispositivo, cualquier equipo de montaje que necesites., tu sensor topográfico, antenas GNSS, y así sucesivamente.

Puede sonar obvio, pero necesitarás asegurarte de que haya espacio tanto para el GNSS/INS como para el LiDAR en la plataforma (esto puede ser más complicado con SWaP-plataformas restringidas (como drones). También necesitará una forma de conectar los sensores; normalmente recurrimos a un switch de red.

Hay varios accesorios disponibles de OXTS que puedes usar para ayudarte a configurar correctamente, incluido el montaje soportes y monturas de antena para vehículos terrestres. Adicionalmente, una cinta métrica es vital, ya que necesitarás medir las distancias entre tus varios componentes para almacenarlas más tarde en tu archivo de configuración.

Si te faltan componentes o no estás seguro de lo que necesitas, nuestro equipo de soporte puede asesorarte sobre hCómo configurar un INS para mapeo móvil.

Descarga nuestra gratis Lista de verificación de instalación de mapeo móvil, o, alternativamente Póngase en contacto con nosotros para pedir consejo.

2) Configuración de Hardware

Paso 1: Mejores prácticas de montaje de INS

Sea cual sea la plataforma que esté utilizando, debe asegurarse de que tanto su sensor de topografía como su GNSS/INS estén montados de forma segura en el vehículo. Su objetivo es eliminar algún movimiento relativa al propio vehículo, o a las antenas GNSS, lo que podría introducir imprecisiones en tus datos. El RT-Strut (ver imagen a continuación) de OXTS es una de las formas más sencillas de montar de forma segura tu GNSS/INS en un coche.

Ver nuestra gama completa de accesorios

Dependiendo de su plataforma, también es posible que deba considerar el blindaje de RF y EM, y la amortiguación de vibraciones, todo lo cual puede afectar el rendimiento. Vla amortiguación de vibraciones es algo que tendrás que arreglártelas con cualquier GNSS/INS, pero si usted está trabajando en un entorno donde peligros como polvo, agua o interferencia electromagnética son comunes, es posible que desee considerar un GNSS/INS que esté especialmente blindado, como el RT3000 v4 DO-160.

Paso 2: Colocación de la antena

Para el mapeo móvil terrestre, siempre recomendaríamos una configuración de doble antena, ya que esto le dará una mayor precisión del encabezado y la capacidad de calcular encabezado cuando está parado. Para mapeo aéreo, a menos que su fuselaje tenga suficiente espacio, solo podrá utilizar una sola antena. Usar una sola antena puede no ser callar como preciso como una configuración de antena dual, pero es ciertamente todavía preciso suficiente para muchos cartografía móvil casos de uso, particularmente cuando se considera que una gran proporción de proyectos de mapeo aéreo operan con visibilidad GNSS completa.

Al inicializar un sistema con una sola antena, el vehículo necesita moverse en línea recta para que el sistema pueda calcular un rumbo. Las configuraciones de doble antena te permiten inicializar sin moverte, lo que hace que el proceso sea mucho más fluido.

Es mejor práctica es montar las antenas lo más lejos posible de su sensor de topografía, ya que las antenas pueden interferir con el sensor si están demasiado cerca. Al igual que con el GNSS/INS, es también es vital asegurarse de que las antenas estén montadas rígidamente en el chasis del vehículo para que no mover relativa al vehículo o al GNSS/INS. También debe asegurarse de que las antenas estén alineadas en el eje horizontal; en otras palabras, que estén niveladas entre sí.

Resumen: 

• Se recomiendan antenas dobles siempre que puedan montarse en su carga útil. 
• Monte las antenas lo más lejos posible de los sensores para reducir la interferencia. 
• Asegure que las antenas estén niveladas entre sí

Paso 3: Energía y cableado

Un dispositivo OXTS GNSS/INS viene con un adaptador de corriente que se enchufa en la toma de 12 V del salpicadero de un coche. Para la cartografía aérea, generalmente alimentamos el dispositivo directamente desde la batería del UAV o dron.

Los cartógrafos móviles terrestres, por supuesto, tendrán una multitud de otros sensores que requieren energía, como el LiDAR. Estos necesitarán ser alimentados independientemente del GNSS/INS. En nuestros propios bancos de pruebas, utilizamos una batería portátil para alimentar nuestro LiDAR, pero por supuesto también podrías optar por alimentarlo a través del coche.

El cableado es importante a considerar al trabajar en hCómo configurar un INS para mapeo móvil. En las cargas útiles de mapeo aéreo, los cables deben conectar los dispositivos a una fuente de alimentación, entre sí y a los registradores de datos si los está utilizando, sin afectar la capacidad de funcionamiento de la aeronave (por ejemplo, no haciendo que los rotores se enreden en un dron de cuadricóptero). Para los mapeadores terrestres, el elemento más desafiante es probablemente la conexión del LiDAR y el GNSS/INS. Esto se debe a que el LiDAR debe montarse en el exterior del vehículo, mientras que el GNSS/INS a menudo se monta en el interior.

OXTS ofrece un soporte de techo a medida que resuelve este problema al permitirle montar su GNSS/INS en el exterior del vehículo junto con su LiDAR; si elige no utilizarlo, generalmente pasamos los cables a través de una ventana o el maletero, y los sujetamos con cinta adhesiva al techo para que no se suelten durante la conducción. Pero, en última instancia, siempre que pueda asegurar los cables para que no se dañen con las puertas, no se suelten durante la conducción y no ejerzan una tensión indebida en las conexiones, entonces debería estar bien.

Resumen: 

• Decida si su GNSS/INS y sensor topográfico serán alimentados por batería o por la propia fuente de alimentación de la plataforma de topografía (como el enchufe de 12v de un coche)
• Los cables deben ser lo suficientemente largos para conectar cómodamente todos los componentes, pero no tan largos como para afectar el funcionamiento de la plataforma. OXTS tiene una gama de opciones de cableado disponibles.
• En vehículos terrestres, considere montar la GNSS/INS fuera del vehículo para eliminar la necesidad de pasar cables desde el interior al exterior del vehículo

3) Configuración del dispositivo

Una vez montado el hardware, el siguiente paso en una instalación de mapeo móvil es configura el dispositivo. Con los dispositivos OXTS, esto se hace usando NAVconfig, que es una parte de nuestra suite gratuita de herramientas de postprocesamiento y visualización de datos, NAVsuite.

Nuestros documentos de soporte le brindan un desglose completo de cada parte configurable, pero en términos sencillos, NAVconfig lo guía a través de un proceso de configuración paso a paso para que sepa cómoCómo configurar un INS para mapeo móvil.

1. Decide si usar una configuración anterior, iniciar una nueva o modificar una configuración anterior.
2. Define la orientación de tu dispositivo con respecto al vehículo.
3. Define la(s) posición(es) de tu(s) antena(s) GNSS con respecto al dispositivo.
4. Configure restricciones antideslizantes para garantizar la estabilidad cuando la señal GNSS se reduce.
5. Define cómo se proporcionarán los datos de corrección diferencial (RTK, NTRIP o similar).
6. Introduce los detalles de tu LiDAR si estás usando uno.
7. Configure las salidas del GNSS/INS, especificando si se debe usar NCOM o UCOM (OXTS datos propietarios formatos),salida por Ethernet, serie o CAN, aceptar entradas CAN y qué desencadenantes se utilizarán.
8. Configurar los detalles de sincronización de hora (más información sobre esto más adelante).
9. Establezca cómo se inicializará el dispositivo (estacionario o en movimiento).
10. Define el entorno GNSS (cielo abierto, parcialmente obstruido o frecuentemente obstruido).
11. Define otros elementos del entorno, como niveles de vibración, coordenadas locales, etc.

Para mapeo móvil basado en carretera, recomendamos también activación de deslizamiento avanzado lateral y vertical. Esto restringe el GNSS/INS al marco del vehículo para reducir el deslizamiento.

Resumen: 

• Sigue los pasos en NAVconfig para configurar tu GNSS/INS. Asegúrate de completar todos los pasos de configuración con precisión.
• También necesitarás configurar tus sensores de topografía y sincronizarlos con tu GNSS/INS para una recopilación de datos precisa.

4) Configuración del sensor

Así como has configurado tu GNSS/INS, cuando pienses en hCómo configurar un INS para mapeo móvil, también necesitarás configurar tus sensores. Esto es especialmente importante ya que los dispositivos OXTS pueden usar los datos de tu sensor de topografía (particularmente LiDAR) para mejorar su propia precisión en áreas donde la señal GNSS es más débil.

Primero, siga todos los pasos de configuración en el manual del usuario de su sensor. Si está utilizando un sensor LiDAR, entonces debería seguir dos pasos adicionales:

1. Ingrese la marca y el modelo del LiDAR en NAVconfig. Esto le permite almacenar los datos en el GNSS/INS si lo desea y si el tamaño de su levantamiento lo permite (los levantamientos más grandes pueden recopilar más datos). 
2. En OXTS Georeferencer, necesitará introducir el brazo de palanca de su LiDAR.

OXTS Georeferencer es nuestro software especializado para la georreferenciación de datos LiDAR. También es donde procesas tus datos INS y LiDAR para la calibración de boresight (ver abajo).

Más información Georreferenciador OXTS

5) Sincronización de tiempo

Asegurar que que los relojes en sus sensores estén sincronizados es vital para garantizar que los datos finales sean utilizables. La clave aquí es encontrar un protocolo de sincronización común entre tu sensor de encuesta y tu sensor de localización.

Los dispositivos OXTS GNSS/INS soportan una variedad de tipos de sincronización, incluyendo PTP, gPTP, NMEA y PPS. La mayoría actual Los sensores LiDAR soportan PTP, mientras que los modelos más antiguos soportan PPS y NMEA. PPS y NMEA pueden ser altamente complejo para configurar, por lo tanto en la mayoría de los casos, PTP o gPTP será preferido.

Las instrucciones paso a paso para configurar la sincronización PTP y gPTP entre sus sensores se encuentran aquí – Guía de características: PTP y gPTP

6) Calibración de alineación de retroceso

Para aquellos que utilizan sensores LiDAR para realizar topografías, como los de Hesai o Ouster, hay un paso final en el proceso de configuración de mapeo móvil llamado calibración de alineación lateral (boresight calibration). Alinea con precisión los marcos de coordenadas de su GNSS/INS y su LiDAR para garantizar que la nube de puntos georreferenciada final sea lo más preciso tan pronto como sea posible, eliminando visión borrosa y doble (objetos que aparecen dos veces en la nube de puntos). La diferencia entre las nubes de puntos generadas sin calibración de boresight y con ella es bastante notable.

En la comparación de antes y después a continuación, se puede ver claramente que el poste de luz aparece dos veces antes de la calibración de pre-puntería, y solo una vez después.

Para realizar una calibración de alineación, yNecesitas completar una recopilación de datos corta de dos minutos alrededor de un ‘objetivo’ de calibración antes de tu encuesta principal. Hay dos tipos de ‘objetivos’ que puedes usar. Tenemos objetivos de calibración de mira dedicados que están disponibles para comprar, o si estás sondeando cerca de paredes o superficies planas similares, puedes realizar la calibración utilizándolos.

Una vez que haya recopilado los datos, deberá guardarlos y luego comenzar su proyecto principal de recopilación de datos. Al final de la encuesta, cargue su archivo LiDAR y su archivo de navegación en OXTS Georeferencer y, en la función de calibración de boresight, haga clic en ‘run boresight calibration’. El software calculará entonces los desfases angulares entre su LiDAR y GNSS/INS que podrá introducir en OXTS Georeferencer. El resultado: datos de nube de puntos libres de desenfoque y visión doble.

Nota: La configuración que proporcione no cambia, puede utilizar los mismos datos de calibración de alineación cenital en su próximo proyecto de recopilación de datos.

Resumen: 

• La calibración de alineación precisa al centro alinea con precisión su GNSS/INS y LiDAR para maximizar la precisión y eliminar la visión doble en la nube de puntos final.
• Requiere una recopilación de datos corta, de dos minutos, al inicio de la encuesta, ya sea alrededor de objetivos o alrededor de una estructura con paredes
• El proceso es simple.carga tus archivos LiDAR y GNSS/INS de la topografía de alineación en OXTS Georeferencer y haz clic en ‘ejecutar calibración de alineación’.’
• El software calculará luego los desfases angulares entre su LiDAR e INS hasta una décima de grado.

7. Validación de datos

Antes de emprender un estudio a gran escala, es una buena práctica verificar que su configuración sea correcta con una misión corta de recopilación de datos. La clave es usar NAVdisplay para verificar tus datos en tiempo real. NAVdisplay te muestra el estado del GNSS/INS y los datos que recopilas. También puedes comprobar que tu sincronización de reloj funciona correctamente. sin compensaciones inesperadas.

Este es un paso importante como a menudo descubre problemas que no esperabas o no pudo anticipar. Recomendamos que vaya directamente desde la configuración e inicialización hasta posprocesamiento, de modo que haya probado cada parte de su proceso y saber exactamente qué esperar.

Resumen:

• Realiza una breve encuesta antes de tu misión real para asegurar que todo esté configurado correctamente
• Ejecuta todo el proceso, incluido el posprocesamiento, para asegurarte de detectar cualquier error

8. Cómo configurar un INS para mapeo móvil - común trampas y cómo evitarlas

Después de ayudar a miles de clientes a configurar sus dispositivos, nuestros equipos de éxito del cliente han notado algunos desafíos recurrentes que tienen los clientes. Aquí están y cómo evitarlos. 

• Problemas de sincronización de tiempo

La sincronización de relojes puede ser complicada y técnica, pero muchos de los problemas que vemos son el resultado de hacer suposiciones en lugar de leer las instrucciones de su sensor de ayuda. Siempre asegúrese de leer las instrucciones completamente para no asumir nada, y asegúrese de probar metódicamente. 

• Fantasmas o desenfoque en nubes de puntos 

La némesis de cualquier topógrafo LiDAR, la falta de nitidez o la aparición de imágenes dos veces (también conocida como visión doble), a menudo es causada por imprecisiones entre los marcos de coordenadas del LiDAR y el GNSS/INS. Realmente resalta la importancia de la herramienta de calibración de alineación, ya que es la única forma de asegurarse de que los marcos de coordenadas se miden con precisión, algo que es increíblemente difícil de hacer a simple vista.

• Desviación de la posición en cañones urbanos 

Los sistemas de cartografía móvil no deberían estar limitados a operar solo en entornos de cielo abierto. Sin embargo, en muchos casos, tan pronto como desaparece el GNSS, la deriva de la posición puede salirse rápidamente de control, volviendo los datos inutilizables. El verdadero valor de un sistema de cartografía móvil proviene de su capacidad para recopilar datos precisos, tanto con como sin GNSS. Para combatir la deriva de la posición, el algoritmo OXTS gx/ix acopla estrechamente los datos del GNSS y la IMU para garantizar que la deriva de la posición se mantenga bajo control durante un levantamiento.

Estamos aquí si necesita más ayuda

Nuestro objetivo al diseñar nuestros dispositivos GNSS/INS fue hacerlos lo más sencillos de configurar posible para un sensor de alta precisión. Pero sabemos que diferentes configuraciones de mapeo móvil crean circunstancias y desafíos únicos que no siempre tienen una solución obvia. Para esas situaciones, nuestro equipo de soporte global está disponible para ayudar con consejos y orientación para garantizar que su trabajo se mantenga en curso. 

Para hacernos una pregunta sobre la configuración de su GNSS/INS OXTS para mapeo móvil, haga clic a continuación.

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