GIS Seminar WS 2001 / 02 Inhalt

„Precision Farming“

Mobile GIS

von Ingmar Jaenke unter der Betr. von Dipl. - Ing. agr. M. Backes am 14.01.2002von Ingmar Jaenke unter der Betr. von Dipl. - Ing. agr. M. Backes am 14.01.2002

Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung

• Fernerkundung

• Mustererkennung

Inhaltsübersicht

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Gliederung des Vortrags

• Motivation

• Schlüsselelemente des Mobilen GIS

• Historische Entwicklung, Anfangsideen

• GIS als Hintergrund der Fahrzeugsteuerung

• Fazit, Ausblick, Schlußbemerkungen

Inhalt„Precision Farming“

Mobile GIS

• Fernerkundung

• Mustererkennung

Grundlage der NotwendigkeitInhalt

Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

• GIS

• Fazit, Ausblick

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

ökonomische Ursachen

• Steigerung der Produktivität

• Verbesserung der Arbeitsverhältnisse

• gezielte Anpassung an vorliegende Gegebenheiten

Grundlage der NotwendigkeitInhalt

Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

• GIS

• Fazit, Ausblick

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

ökologische Ursachen

• Verminderung des Düngemitteleinsatzes

• Beachtung der Umwelt

Versäuerung des Bodens

Bodenerosion

Luftverschmutzung

Forschungseinrichtungen Inhalt

• Motivation

Elemente

• Historische Entw.

• GIS

• Fazit, Ausblick

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Entwicklung

• in Regierungseinrichtungen

• in Universitäten

• in Laboren von Herstellern

Struktur

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Sensorsystem Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

Kontrolleinheit

Anfangsideen

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

Historische Entw.

• GIS

• Fazit, Ausblick

historischer Abriß

• erste Gedanken an automatische Lenksysteme seit ca. 1920

• tatsächliche Entwicklung seit ungefähr 50 Jahren

GIS als Hintergrund

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Sensorsystem Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

Kontrolleinheit

GIS als Hintergrund

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Eigenschaften

• zentrales Moment in der Datensammlung & -ausgabe

• es erstellt die Karten für das Precision Farming:

Besitzüberblick

„vergängliche“ Daten

Interpretation inkl. Karte der individuellen Daten

Kombination der verschiedenen Daten

Feld - Operations - Karten

• Kombination aller Informationsquellen

GIS als Hintergrund

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Beispiel

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Bewegungsmessungen

• Kilometerstandszähler

• Beschleunigungsmesser, Kreisel

• Geomagnetischer Kompaß

• Rotationsbewegungen

• Mikrowellen ( Doppler)

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

lokale Grunderkennung

• Sonar

• Machine / computer vision

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Machine / Computer vision

• relative Positionsbestimmung

• photogrammetrisches Verfahren auf Grund der photographischen Aufnahme der Frontansicht

Vorteile: kein direkter Kontakt, billig, große Mengen an

Informationen

Nachteile: Herausfiltern der gebrauchten Information,

Speichern derer, Identifikation der Objekte,

natürl. Lichtverhältnisse, Verwaschen der

Bilder

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Problemlösung

bei einem zeitinvarianten, linearen System gilt:

• Ausgleichung über den „Kalman“ - Filter:

Glättung eines Signals, Prädiktion zum Zeitpunkt k+1

)()()1(

)()()()1(

kkk

kkkk

wxHy

vuBxAx

mit A, B, H: konstante Matrizen

k: Zeitpunkt

v, w: Störungen

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Problemlösung

Erweiterung notwendig für ein nicht - lineares System:

Prädiktion zum Zeitpunkt k+1:

)( ),( ),()1( kkkkk vuxFx

)()/(ˆ)1( kkkk uBxAx

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Sensorsysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

künstliche Landmarks

• Lasertriangulation, bzw. -scan

• Radarsystem

• GPS (DGPS)

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Echtzeitwahrnehmung & -kontrolle

• verlangt keine vordefinierte Route, aber bestimmte Parameter

• benutzte Sensoren: optisch, thermisch, elektromagnetisch, mechanisch, Radar, lichtempfindlich

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

unabhängiges Arbeiten

• basierend auf vorherigen Karten

• nicht konform mit individuellen Maschinen

• typische Anwendung: „path spraying“

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

abhängiges Arbeiten

• ähnlich wie das „unabhängige Arbeiten“

• modifiziert für passende Anwendungen

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Routenplanung

• wie „abhängiges Arbeiten“, aber mit vorgegebener, definierter Route

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Hydrauliksystem

GIS

Bewegungsmess.

lok. Grunderkenn.

künstl. Landmarks

Echtzeitkontrolle

unabh. Arbeiten

abh. Arbeiten

Routenplanung

Sequenzieren

KontrolleinheitSensorsystem

Hydrauliksysteme

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

GIS

• Fazit, Ausblick

Sequenzieren

• Aufteilen eines Gebiets

Schlußbemerkungen

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

• GIS

Fazit, Ausblick

Genauigkeitsbetrachtungen

• Machine vision: = 10 cm

• Lasertriangulation: = 5 cm

• DGPS: = 4 - 6 cm

Schlußbemerkungen

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

• GIS

Fazit, Ausblick

Anwendungsbeispiele

• Kombinationen sind in der Praxis durchaus üblich

Schlußbemerkungen

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“

Inhalt

• Motivation

• Elemente

• Historische Entw.

• GIS

Fazit, Ausblick

Anwendungsbeispiele

• Forschungsprojekte sind z. B.:

SILSOE experimental autonomous vehicle

CLAAS Autopilot

• Üblicherweise auf größeren Flächen beim Einsatz von Erntemaschinen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

„„Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“Mobile GIS / Fahrzeugsteuerung, Integration“