Study on IMES as a Positioning Infrastructure

早大学位記番号:新7329早稲田大

Autonomisten metsäkoneiden koneaistijärjestelmät

A prerequisite for increasing the autonomy of forest machinery is to provide robots with digital situational awareness, including a representation of the surrounding environment and the robot's own state in it. Therefore, this article-based dissertation proposes perception systems for autonomous or semi-autonomous forest machinery as a summary of seven publications. The work consists of several perception methods using machine vision, lidar, inertial sensors, and positioning sensors. The sensors are used together by means of probabilistic sensor fusion. Semi-autonomy is interpreted as a useful intermediary step, situated between current mechanized solutions and full autonomy, to assist the operator. In this work, the perception of the robot's self is achieved through estimation of its orientation and position in the world, the posture of its crane, and the pose of the attached tool. The view around the forest machine is produced with a rotating lidar, which provides approximately equal-density 3D measurements in all directions. Furthermore, a machine vision camera is used for detecting young trees among other vegetation, and sensor fusion of an actuated lidar and machine vision camera is utilized for detection and classification of tree species. In addition, in an operator-controlled semi-autonomous system, the operator requires a functional view of the data around the robot. To achieve this, the thesis proposes the use of an augmented reality interface, which requires measuring the pose of the operator's head-mounted display in the forest machine cabin. Here, this work adopts a sensor fusion solution for a head-mounted camera and inertial sensors. In order to increase the level of automation and productivity of forest machines, the work focuses on scientifically novel solutions that are also adaptable for industrial use in forest machinery. Therefore, all the proposed perception methods seek to address a real existing problem within current forest machinery. All the proposed solutions are implemented in a prototype forest machine and field tested in a forest. The proposed methods include posture measurement of a forestry crane, positioning of a freely hanging forestry crane attachment, attitude estimation of an all-terrain vehicle, positioning a head mounted camera in a forest machine cabin, detection of young trees for point cleaning, classification of tree species, and measurement of surrounding tree stems and the ground surface underneath.Metsäkoneiden autonomia-asteen kasvattaminen edellyttää, että robotilla on digitaalinen tilannetieto sekä ympäristöstä että robotin omasta toiminnasta. Tämän saavuttamiseksi työssä on kehitetty autonomisen tai puoliautonomisen metsäkoneen koneaistijärjestelmiä, jotka hyödyntävät konenäkö-, laserkeilaus- ja inertia-antureita sekä paikannusantureita. Työ liittää yhteen seitsemässä artikkelissa toteutetut havainnointimenetelmät, joissa useiden anturien mittauksia yhdistetään sensorifuusiomenetelmillä. Työssä puoliautonomialla tarkoitetaan hyödyllisiä kuljettajaa avustavia välivaiheita nykyisten mekanisoitujen ratkaisujen ja täyden autonomian välillä. Työssä esitettävissä autonomisen metsäkoneen koneaistijärjestelmissä koneen omaa toimintaa havainnoidaan estimoimalla koneen asentoa ja sijaintia, nosturin asentoa sekä siihen liitetyn työkalun asentoa suhteessa ympäristöön. Yleisnäkymä metsäkoneen ympärille toteutetaan pyörivällä laserkeilaimella, joka tuottaa lähes vakiotiheyksisiä 3D-mittauksia jokasuuntaisesti koneen ympäristöstä. Nuoret puut tunnistetaan muun kasvillisuuden joukosta käyttäen konenäkökameraa. Lisäksi puiden tunnistamisessa ja puulajien luokittelussa käytetään konenäkökameraa ja laserkeilainta yhdessä sensorifuusioratkaisun avulla. Lisäksi kuljettajan ohjaamassa puoliautonomisessa järjestelmässä kuljettaja tarvitsee toimivan tavan ymmärtää koneen tuottaman mallin ympäristöstä. Työssä tämä ehdotetaan toteutettavaksi lisätyn todellisuuden käyttöliittymän avulla, joka edellyttää metsäkoneen ohjaamossa istuvan kuljettajan lisätyn todellisuuden lasien paikan ja asennon mittaamista. Työssä se toteutetaan kypärään asennetun kameran ja inertia-anturien sensorifuusiona. Jotta metsäkoneiden automatisaatiotasoa ja tuottavuutta voidaan lisätä, työssä keskitytään uusiin tieteellisiin ratkaisuihin, jotka soveltuvat teolliseen käyttöön metsäkoneissa. Kaikki esitetyt koneaistijärjestelmät pyrkivät vastaamaan todelliseen olemassa olevaan tarpeeseen nykyisten metsäkoneiden käytössä. Siksi kaikki menetelmät on implementoitu prototyyppimetsäkoneisiin ja tulokset on testattu metsäympäristössä. Työssä esitetyt menetelmät mahdollistavat metsäkoneen nosturin, vapaasti riippuvan työkalun ja ajoneuvon asennon estimoinnin, lisätyn todellisuuden lasien asennon mittaamisen metsäkoneen ohjaamossa, nuorten puiden havaitsemisen reikäperkauksessa, ympäröivien puiden puulajien tunnistuksen, sekä puun runkojen ja maanpinnan mittauksen

The always best positioned paradigm for mobile indoor applications

In this dissertation, methods for personal positioning in outdoor and indoor environments are investigated. The Always Best Positioned paradigm, which has the goal of providing a preferably consistent self-positioning, will be defined. Furthermore, the localization toolkit LOCATO will be presented, which allows to easily realize positioning systems that follow the paradigm. New algorithms were developed, which particularly address the robustness of positioning systems with respect to the Always Best Positioned paradigm. With the help of this toolkit, three example positioning-systems were implemented, each designed for different applications and requirements: a low-cost system, which can be used in conjunction with user-adaptive public displays, a so-called opportunistic system, which enables positioning with room-level accuracy in any building that provides a WiFi infrastructure, and a high-accuracy system for instrumented environments, which works with active RFID tags and infrared beacons. Furthermore, a new and unique evaluation-method for positioning systems is presented, which uses step-accurate natural walking-traces as ground truth. Finally, six location based services will be presented, which were realized either with the tools provided by LOCATO or with one of the example positioning-systems.In dieser Doktorarbeit werden Methoden zur Personenpositionierung im Innen- und Außenbereich von Gebäuden untersucht. Es wird das ,,Always Best Positioned” Paradigma definiert, welches eine möglichst lückenlose Selbstpositionierung zum Ziel hat. Weiterhin wird die Lokalisierungsplattform LOCATO vorgestellt, welche eine einfache Umsetzung von Positionierungssystemen ermöglicht. Hierzu wurden neue Algorithmen entwickelt, welche gezielt die Robustheit von Positionierungssystemen unter Berücksichtigung des ,,Always Best Positioned” Paradigmas angehen. Mit Hilfe dieser Plattform wurden drei Beispiel Positionierungssysteme entwickelt, welche unterschiedliche Einsatzgebiete berücksichtigen: Ein kostengünstiges System, das im Zusammenhang mit benutzeradaptiven öffentlichen Bildschirmen benutzt werden kann; ein sogenanntes opportunistisches Positionierungssystem, welches eine raumgenaue Positionierung in allen Gebäuden mit WLAN-Infrastruktur ermöglicht, sowie ein metergenaues Positionierungssystem, welches mit Hilfe einer Instrumentierung aus aktiven RFID-Tags und Infrarot-Baken arbeitet. Weiterhin wird erstmalig eine Positionierungsevaluation vorgestellt, welche schrittgenaue, natürliche Bewegungspfade als Referenzsystem einsetzt. Im Abschluss werden 6 lokationsbasierte Dienste vorgestellt, welche entweder mit Hilfe von LOCATO oder mit Hilfe einer der drei Beispiel-Positionierungssysteme entwickelt wurden

Predicting thunderstorm evolution using ground-based lightning detection networks

Lightning measurements acquired principally by a ground-based network of magnetic direction finders are used to diagnose and predict the existence, temporal evolution, and decay of thunderstorms over a wide range of space and time scales extending over four orders of magnitude. The non-linear growth and decay of thunderstorms and their accompanying cloud-to-ground lightning activity is described by the three parameter logistic growth model. The growth rate is shown to be a function of the storm size and duration, and the limiting value of the total lightning activity is related to the available energy in the environment. A new technique is described for removing systematic bearing errors from direction finder data where radar echoes are used to constrain site error correction and optimization (best point estimate) algorithms. A nearest neighbor pattern recognition algorithm is employed to cluster the discrete lightning discharges into storm cells and the advantages and limitations of different clustering strategies for storm identification and tracking are examined

Proceedings of the NASA Symposium on Global Wind Measurements

This Proceedings contains a collection of the papers which were presented at the Symposium and Workshop on Global Wind Measurements. The objectives and agenda for the Symposium and Workshop were decided during a planning meeting held in Washington, DC, on 5 February 1985. Invited papers were presented at the Symposium by meteorologists and leading experts in wind sensing technology from the United States and Europe on: (1) the meteorological uses and requirements for wind measurements; (2) the latest developments in wind sensing technology; and (3) the status of our understanding of the atmospheric aerosol distribution. A special session was also held on the latest development in wind sensing technology by the United States Air Force

The temperature distribution in the solar chromosphere

Temperature distribution in solar chromospher

AAS/GSFC 13th International Symposium on Space Flight Dynamics

This conference proceedings preprint includes papers and abstracts presented at the 13th International Symposium on Space Flight Dynamics. Cosponsored by American Astronautical Society and the Guidance, Navigation and Control Center of the Goddard Space Flight Center, this symposium featured technical papers on a wide range of issues related to orbit-attitude prediction, determination, and control; attitude sensor calibration; attitude dynamics; and mission design

Flight Mechanics/Estimation Theory Symposium 1988

This conference publication includes 28 papers and abstracts presented at the Flight Mechanics/Estimation Theory Symposium on May 10 to 11, 1988. Sponsored by the Flight Dynamics Division of Goddard Space Flight Center, this symposium features technical papers on a wide range of issue related to orbit-attitude prediction, determination and control; attitude sensor calibration; attitude determination error analysis; attitude dynamics; and orbit decay and maneuver strategy. Government, industry, and the academic community participated in the preparation and presentation of these papers