Published August 3, 2020
| Version v1
Publication
Open
INVESTIGATION OF DIFFERENT LOW-COST LAND VEHICLE NAVIGATION SYSTEMS BASED ON CPD SENSORS AND VEHICLE INFORMATION
- 1. University of Calgary
- 2. Port Said University
- 3. Ain Shams University
Description
Abstract. Recently, many companies and research centres have been working on research and development of navigation technologies for self-driving cars. Many navigation technologies were developed based on the fusion of various sensors. However, most of these techniques used expensive sensors and consequently increase the overall cost of such cars. Therefore, low-cost sensors are now a rich research topic in land vehicle navigation. Consumer Portable Devices (CPDs) such as smartphones and tablets are being widely used and contain many sensors (e.g. cameras, barometers, magnetometers, accelerometers, gyroscopes, and GNSS receivers) that can be used in the land vehicle navigation applications.This paper investigates various land vehicle navigation systems based on low-cost self-contained inertial sensors in CPD, vehicle information and on-board sensors with a focus on GNSS denied environment. Vehicle motion information such as forward speed is acquired from On-Board Diagnosis II (OBD-II) while the land vehicle heading change is estimated using CPD attached to the steering wheel. Additionally, a low-cost on-board GNSS/inertial integrated system is also employed. The paper investigates many navigation schemes such as different Dead Reckoning (DR) systems, Reduced Inertial Sensor System (RISS) based systems, and aided loosely coupled GNSS/inertial integrated system.An experimental road test is performed, and different simulated GNSS signal outages were applied to the data. The results show that the modified RISS system based on OBD-II velocity, onboard gyroscopes, accelerometers, and CPD-based heading change provides a better navigation estimation than the typical RISS system for 90s GNSS signal outage. On the other hand, typical inertial aided with CPD heading change, OBD-II velocity updates, and Non-Holonomic Constraint (NHC) provide the best navigation result.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة: في الآونة الأخيرة، عملت العديد من الشركات ومراكز الأبحاث على البحث وتطوير تقنيات الملاحة للسيارات ذاتية القيادة. تم تطوير العديد من تقنيات الملاحة بناءً على دمج أجهزة الاستشعار المختلفة. ومع ذلك، فإن معظم هذه التقنيات تستخدم أجهزة استشعار باهظة الثمن وبالتالي تزيد من التكلفة الإجمالية لهذه السيارات. لذلك، أصبحت أجهزة الاستشعار منخفضة التكلفة الآن موضوع بحث غني في ملاحة المركبات البرية. يتم استخدام الأجهزة المحمولة الاستهلاكية (CPDs) مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية على نطاق واسع وتحتوي على العديد من أجهزة الاستشعار (مثل الكاميرات ومقاييس الضغط ومقاييس المغناطيسية ومقاييس التسارع والجيروسكوبات وأجهزة استقبال GNSS) التي يمكن استخدامها في تطبيقات ملاحة المركبات البرية. تبحث هذه الورقة في العديد من أنظمة ملاحة المركبات البرية استنادًا إلى مستشعرات القصور الذاتي منخفضة التكلفة في CPD ومعلومات المركبات وأجهزة الاستشعار الداخلية مع التركيز على بيئة رفض GNSS. يتم الحصول على معلومات حركة المركبة مثل السرعة الأمامية من التشخيص الداخلي الثاني (OBD - II) بينما يتم تقدير تغيير اتجاه المركبة الأرضية باستخدام CPD المتصل بعجلة القيادة. بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا استخدام نظام متكامل منخفض التكلفة على متن النظام العالمي لسواتل الملاحة/القصور الذاتي. تبحث الورقة في العديد من مخططات الملاحة مثل أنظمة الحساب الميت المختلفة (DR)، والأنظمة القائمة على نظام الاستشعار بالقصور الذاتي المنخفض (RISS)، والنظام المتكامل المتكامل للنظام العالمي لسواتل الملاحة/القصور الذاتي المقترن بشكل فضفاض. يتم إجراء اختبار تجريبي على الطريق، وتم تطبيق انقطاعات مختلفة لإشارات النظام العالمي لسواتل الملاحة المحاكاة على البيانات. تظهر النتائج أن نظام RISS المعدل بناءً على سرعة OBD - II، والجيروسكوبات الداخلية، ومقاييس التسارع، وتغيير العنوان القائم على CPD يوفر تقديرًا أفضل للملاحة من نظام RISS النموذجي لانقطاع إشارة GNSS لمدة 90 ثانية. من ناحية أخرى، يوفر القصور الذاتي النموذجي بمساعدة تغيير عنوان CPD، وتحديثات سرعة OBD - II، والقيود غير الهيدروليكية (NHC) أفضل نتيجة للتنقل.Translated Description (French)
Résumé. Récemment, de nombreuses entreprises et centres de recherche ont travaillé sur la recherche et le développement de technologies de navigation pour les voitures autonomes. De nombreuses technologies de navigation ont été développées sur la base de la fusion de divers capteurs. Cependant, la plupart de ces techniques utilisaient des capteurs coûteux et augmentaient par conséquent le coût global de ces voitures. Par conséquent, les capteurs à faible coût sont maintenant un sujet de recherche riche dans la navigation des véhicules terrestres. Les dispositifs portables grand public (CPD) tels que les smartphones et les tablettes sont largement utilisés et contiennent de nombreux capteurs (par exemple, des caméras, des baromètres, des magnétomètres, des accéléromètres, des gyroscopes et des récepteurs GNSS) qui peuvent être utilisés dans les applications de navigation des véhicules terrestres. Ce document examine divers systèmes de navigation des véhicules terrestres basés sur des capteurs inertiels autonomes à faible coût dans le CPD, des informations sur les véhicules et des capteurs embarqués en mettant l'accent sur l'environnement GNSS refusé. Les informations de mouvement du véhicule telles que la vitesse d'avancement sont acquises à partir du diagnostic embarqué II (OBD-II) tandis que le changement de cap du véhicule terrestre est estimé à l'aide du CPD fixé au volant. En outre, un système intégré GNSS/inertiel embarqué à faible coût est également utilisé. L'article étudie de nombreux schémas de navigation tels que différents systèmes de calcul à vide (DR), des systèmes basés sur le système de capteur inertiel réduit (RISS) et un système intégré GNSS/inertiel couplé de manière lâche. Un test routier expérimental est effectué et différentes pannes de signal GNSS simulées ont été appliquées aux données. Les résultats montrent que le système RISS modifié basé sur la vitesse OBD-II, les gyroscopes embarqués, les accéléromètres et le changement de cap basé sur le CPD fournit une meilleure estimation de la navigation que le système RISS typique pour les pannes de signal GNSS des années 90. D'autre part, l'inertie typique assistée par le changement de cap CPD, les mises à jour de vitesse OBD-II et la contrainte non-holonomique (NHC) fournissent le meilleur résultat de navigation.Translated Description (Spanish)
Resumen. Recientemente, muchas empresas y centros de investigación han estado trabajando en la investigación y el desarrollo de tecnologías de navegación para coches autónomos. Muchas tecnologías de navegación se desarrollaron en base a la fusión de varios sensores. Sin embargo, la mayoría de estas técnicas utilizaban sensores caros y, en consecuencia, aumentaban el coste total de dichos coches. Por lo tanto, los sensores de bajo coste son ahora un rico tema de investigación en la navegación de vehículos terrestres. Los dispositivos portátiles de consumo (CPD), como los teléfonos inteligentes y las tabletas, se utilizan ampliamente y contienen muchos sensores (por ejemplo, cámaras, barómetros, magnetómetros, acelerómetros, giroscopios y receptores GNSS) que se pueden utilizar en las aplicaciones de navegación de vehículos terrestres. Este documento investiga varios sistemas de navegación de vehículos terrestres basados en sensores inerciales autónomos de bajo costo en CPD, información del vehículo y sensores a bordo con un enfoque en el entorno denegado por GNSS. La información de movimiento del vehículo, como la velocidad de avance, se adquiere del Diagnóstico a bordo II (OBD-II), mientras que el cambio de rumbo del vehículo terrestre se estima utilizando el CPD conectado al volante. Además, también se emplea un sistema integrado inercial/GNSS a bordo de bajo coste. El documento investiga muchos esquemas de navegación, como diferentes sistemas de Dead Reckoning (DR), sistemas basados en el Sistema de Sensores Inerciales Reducidos (RISS) y sistemas integrados de GNSS/inercia de acoplamiento débil. Se realiza una prueba experimental en carretera y se aplicaron diferentes interrupciones de señal GNSS simuladas a los datos. Los resultados muestran que el sistema RISS modificado basado en la velocidad OBD-II, los giroscopios a bordo, los acelerómetros y el cambio de rumbo basado en CPD proporciona una mejor estimación de navegación que el sistema RISS típico para la interrupción de la señal GNSS de los años 90. Por otro lado, la inercia típica ayudada con el cambio de rumbo del CPD, las actualizaciones de velocidad del OBD-II y la restricción no holonómica (NHC) proporcionan el mejor resultado de navegación.Files
isprs-annals-V-1-2020-189-2020.pdf.pdf
Files
(2.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9975a6a5b7700a3e9bb1d631ab926cda
|
2.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحقيق في أنظمة الملاحة البرية المختلفة منخفضة التكلفة للمركبات بناءً على مستشعرات CPD ومعلومات المركبات
- Translated title (French)
- ÉTUDE DE DIFFÉRENTS SYSTÈMES DE NAVIGATION DE VÉHICULES TERRESTRES À FAIBLE COÛT BASÉS SUR DES CAPTEURS CPD ET DES INFORMATIONS SUR LES VÉHICULES
- Translated title (Spanish)
- INVESTIGACIÓN DE DIFERENTES SISTEMAS DE NAVEGACIÓN DE VEHÍCULOS TERRESTRES DE BAJO COSTE BASADOS EN SENSORES CPD E INFORMACIÓN DEL VEHÍCULO
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3046700762
- DOI
- 10.5194/isprs-annals-v-1-2020-189-2020
References
- https://openalex.org/W1662956568
- https://openalex.org/W2010444791
- https://openalex.org/W2094197319
- https://openalex.org/W2110219071
- https://openalex.org/W2114255202
- https://openalex.org/W2133820918
- https://openalex.org/W2162136131
- https://openalex.org/W2262927098
- https://openalex.org/W2577692329
- https://openalex.org/W2580913658
- https://openalex.org/W2602041922
- https://openalex.org/W2610855131
- https://openalex.org/W2798024831
- https://openalex.org/W2888221042
- https://openalex.org/W2926054342