Assessment of the Accuracy of Determining the Angular Position of the Unmanned Bathymetric Surveying Vehicle Based on the Sea Horizon Image
Abstrakt
The paper presents the results of research on assessing the accuracy of angular position measurement relative to the sea horizon using a camera mounted on an unmanned bathymetric surveying vehicle of the Unmanned Surface Vehicle (USV) or Unmanned Aerial Vehicle (UAV) type. The first part of the article presents the essence of the problem. The rules of taking the angular position of the vehicle into account in bathymetric surveys and the general concept of the two-camera tilt compensator were described. The second part presents a mathematical description of the meters characterizing a resolution and a mean error of measurements, made on the base of the horizon line image, recorded with an optical system with a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) matrix. The phenomenon of the horizon line curvature in the image projected onto the matrix that appears with the increase of the camera height has been characterized. The third part contains an example of a detailed analysis of selected cameras mounted on UAVs manufactured by DJI, carried out using the proposed meters. The obtained results including measurement resolutions of a single-pixel and mean errors of the horizon line slope measurement were presented in the form of many tables and charts with extensive comments. The final part presents the general conclusions from the performed research and a proposal of directions for their further development.
Cytowania
-
5
CrossRef
-
0
Web of Science
-
5
Scopus
Autorzy (4)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
SENSORS
nr 19,
strony 1 - 22,
ISSN: 1424-8220 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2019
- Opis bibliograficzny:
- Naus K., Marchel Ł., Szymak P., Nowak A.: Assessment of the Accuracy of Determining the Angular Position of the Unmanned Bathymetric Surveying Vehicle Based on the Sea Horizon Image// SENSORS -Vol. 19,iss. 21 (2019), s.1-22
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/s19214644
- Bibliografia: test
-
- Naus, K.; Makar, A. Movement disruptions compensation of sounding vessel with three nonlinear points method. Rep. Geod. 2005, 1, 25-32. otwiera się w nowej karcie
- NOAA. Department of Defense World Geodetic System 1984, Its Definition and Relationships with Local Geodetic Systems; National Imagery and Mapping Agency: Springfield, VA, USA, 2005; pp. 1-175. otwiera się w nowej karcie
- Zhou, Z.; Li, Y.; Zhang, J.; Rizos, C. Integrated Navigation System for a Low-Cost Quadrotor Aerial Vehicle in the Presence of Rotor Influences. J. Surv. Eng. 2016, 143, 05016006. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ricci, L.; Taffoni, F.; Formica, D. On the Orientation Error of IMU: Investigating Static and Dynamic Accuracy Targeting Human Motion. PLoS ONE 2016, 11, e0161940. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Du, S.; Sun, W.; Gao, Y. MEMS IMU Error Mitigation Using Rotation Modulation Technique. Sensors 2016, 16, 2017. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Li, Y.; Wu, W.; Jiang, O.; Wang, J. A New Continuous Rotation IMU Alignment Algorithm Based on Stochastic Modeling for Cost Effective North-Finding Applications. Sensors 2016, 16, 2113. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Naus, K.; Makar, A. Usage of Camera System for Determination of Pitching and Rolling of Sounding Vessel. Rep. Geod. 2005, 2, 301-307. otwiera się w nowej karcie
- Positioning and Mapping Solutions for UAVs. Available online: https://www.navtechgps.com/assets/1/7/ PrecisionMappingSolutions-UAVs_BRO.pdf (accessed on 3 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- RIEGL. Available online: http://www.riegl.com/products/unmanned-scanning/bathycopter/ (accessed on 3 May 2019).
- MATRICE 600. Available online: https://www.dji.com/pl/matrice600?site=brandsite&from=landing_page (accessed on 5 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- Ellipse 2 Series. Available online: https://www.sbg-systems.com/wp-content/uploads/Ellipse_Series_Leaflet. pdf (accessed on 5 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- Specht, M.; Specht, C.; Wąż, M.; Naus, K.; Grządziel, A.; Iwen, D. Methodology for Performing Territorial Sea Baseline Measurements in Selected Waterbodies of Poland. Appl. Sci. 2019, 9, 3053. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Stateczny, A.; Motyl, W.; Gronska, D. HydroDron-New step for professional hydrography for restricted waters. In Proceedings of the Baltic Geodetic Congress (Geomatics) 2018, Olsztyn, Poland, 21-23 June 2018. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Szymak, P. Selection of Training Options for Deep Learning Neural Network Using Genetic Algorithm. Proc. MMAR 2019, in press. otwiera się w nowej karcie
- Naus, K.; Wąż, M. Accuracy of measuring small heeling angles of a ship using an inclinometer. Sci. J. Marit. Univ. Szczec. 2015, 44, 25-28. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bodnar, T. Wybrane metody przetwarzania obrazów do określania orientacji przestrzennej okrętu. Logistyka 2014, 6, 2100-2107.
- Gershikov, E.; Tzvika Libe, T.; Kosolapov, S. Horizon Line Detection in Marine Images: Which Method to Choose? Int. J. Adv. Intell. Syst. 2013, 6, 79-88. otwiera się w nowej karcie
- Praczyk, T. A quick algorithm for horizon line detection in marine images. J. Mar. Sci. Technol. 2018, 23, 164-177. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- DJI. Available online: https://www.dji.com (accessed on 10 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- Urbański, J.; Kopacz, Z.; Posiła, J. Maritime Navigation-Part I; Polish Naval Acad.: Gdynia, Poland, 2018; pp. 23-56.
- Distance to the Horizon. Available online: https://aty.sdsu.edu/explain/atmos_refr/horizon.html (accessed on 10 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- Brocks, K. Die Lichtstrahlkrümmung in Bodennähe. Tabellen des Refraktionskoeffizienten, I. Teil (Bereich des Präzisionsnivellements). Dtsch. Hydrogr. Z. 1950, 3, 241-248. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Stober, M. Untersuchungen zum Refraktionseinfluss bei der trigonometrischen Höhenmessung auf dem grönländischen Inlandeis. In Festschrift für Heinz Draheim, Eugen Kuntz und Hermann Mälzer; Geodätisches Institut der Universität Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 1995; pp. 259-272.
- Kosiński, W. Geodezja. PWN 2010, 6, 212-214.
- Wikipedia. Available online: https://en.wikipedia.org/wiki/Sea_state (accessed on 20 May 2019). otwiera się w nowej karcie
- Liao, L.-Y.; Bráulio de Albuquerque, F.C.; Parks, R.E.; Sasian, J.M. Precision focal-length measurement using imaging conjugates. Opt. Eng. 2012, 51, 1-6. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- DeBoo, B.; Sasian, J. Precise focal-length measurement technique with a reflective Fresnel-zone hologram. Appl. Opt 2003, 42, 3903-3909. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Angelis, M. A new approach to high accuracy measurement of the focal lengths of lenses using a digital Fourier transform. Opt. Commun 1997, 136, 370-374. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sriram, K.V.; Kothiyal, M.P.; Sirohi, R.S. Curvature and focal length measurements using compensation of a collimated beam. Opt. Laser Technol. 1991, 23, 241-245. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- © 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 126 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Analysis of Methods for Determining Shallow Waterbody Depths Based on Images Taken by Unmanned Aerial Vehicles
- M. Specht,
- M. Wiśniewska,
- A. Stateczny
- + 6 autorów
Method for determining of shallow water depths based on data recorded by UAV/USV vehicles and processed using the SVR algorithm
- M. Specht,
- B. Szostak,
- O. Lewicka
- + 2 autorów