Inhoudsopgave
Dead reckoning is een traditionele methode om de locatie van een voertuig te bepalen. Deze methode wordt uitgevoerd zonder digitale tools als GPS of externe referentiepunten, zoals oriëntatiepunten, en is een zelfstandige en altijd bruikbare wiskundige berekening.
Dead reckoning werd duizenden jaren geleden al toegepast door zeevaarders uit het oude Egypte, Griekenland en Fenicië, die een manier nodig hadden om langs de kusten te navigeren. Bij deze vroege vorm van dead reckoning-navigatie werd de positie geschat door de richting (ten opzichte van de zon of sterren), de geschatte snelheid en de verstreken tijd bij te houden.
De moderne versie van dead reckoning die we tegenwoordig gebruiken, meet acceleratie, rotatie en tijd nauwkeuriger. Ondanks de opkomst van radionavigatie en GPS-trackingtechnologie wordt deze vernieuwde methode nog steeds op grote schaal gebruikt in voertuigen en telematica als back-upsysteem voor het geval externe signalen uitvallen.
Wat is dead reckoning-navigatie?
Dead reckoning-navigatie is een analoge manier om te berekenen waar een voertuig zich bevindt op basis van een bekend beginpunt. In tegenstelling tot de hedendaagse GPS-technologie, die gebruikmaakt van satellietpositionering, hanteert dead reckoning een gesloten systeem waarbij de locatie wordt bepaald aan de hand van een wiskundige vergelijking:
Nieuwe positie = startpositie + (snelheid x tijd x richting).
Hoewel dead reckoning-navigatie zijn oorsprong vindt in de scheepvaart van de oudheid, is deze methode ook in de 21e eeuw nog steeds relevant. Het is een storingsvrij systeem dat vaak wordt gecombineerd met GPS-technologie in moderne telematica voor situaties waarin GPS-signalen te zwak, geblokkeerd of tijdelijk niet beschikbaar zijn. Dit komt vaak voor bij:
- Voertuignavigatie
- Zeevaartnavigatie
- Luchtvaart
- Robotica
Hoe werkt dead reckoning-navigatie?
Dead reckoning-navigatie werkt door de afgelegde afstand te berekenen en deze toe te passen op een bekende startpositie (aangegeven op een kaart of vastgelegd door betrouwbare technologie). Door de snelheid, reistijd en richting consistent te meten, kan een systeem de locatieschattingen bijwerken en een voertuig volgen, zelfs als er geen GPS-signalen meer beschikbaar zijn.
Vertrekken vanuit een bekende positie
De belangrijkste informatie die nodig is om dead-reckoning-navigatie uit te voeren, is een vast beginpunt. Dit is het referentiepunt aan de hand waarvan de nieuwe positie kan worden berekend. Hoewel het proces zelf 'offline' verloopt, wordt het beginpunt doorgaans vastgesteld met GPS- of GNSS-gegevens om onnauwkeurigheden vanaf het eerste moment te voorkomen, aangezien deze gevolgen kunnen hebben voor de daaropvolgende schattingen.
Snelheid, richting en tijd berekenen
De volgende stap is het volgen van de bewegingen van het voertuig in de loop van de tijd. Snelheid wordt gemeten door:
- Wielsensoren of snelheidsmeters in voertuigen
- Logboeken op schepen
- Luchtsnelheidsmeters in vliegtuigen
De richting wordt gemeten met een gyroscoop en de tijd met een klok.
De huidige positie schatten
Nadat u de snelheid en tijd hebt gemeten, kunt u de afgelegde afstand berekenen:
Afstand = snelheid x tijd.
Als u de berekende afstand vanaf het vaste beginpunt in de gemeten richting projecteert, krijgt u een globaal beeld van de huidige positie van het voertuig.
Dead reckoning-navigatie is een doorlopende cyclus. Dus als u de huidige positie als het nieuwe beginpunt neemt, kunt u het proces blijven herhalen voor bijgewerkte locatieschattingen.
Wanneer wordt dead reckoning-navigatie gebruikt?
Dead reckoning-navigatie wordt voornamelijk gebruikt als aanvulling op GPS-systemen. Het is een betrouwbare back-up wanneer satellietsignalen wegvallen, worden geblokkeerd of niet beschikbaar zijn. Laten we eens kijken naar de specifieke toepassingen per sector en type technologie:
- Privévoertuigen
- Vult de hiaten op wanneer voertuigen door tunnels, op ondergrondse wegen of gewoon stedelijke routes rijden waar GPS-signalen zwakker zijn.
- Fleet management en logistieke activiteiten
- Helpt bij het handhaven van continue tracking tussen GPS-updates, waardoor nauwkeurige monitoring gedurende de hele rit wordt gewaarborgd. Fleet managers moeten ervoor zorgen dat bestuurders zich aan geoptimaliseerde routes houden.
- Navigatie in de scheep- en luchtvaart
- Hiermee kan de locatie van vaartuigen en vliegtuigen worden bepaald wanneer deze zich onder water of in afgelegen gebieden bevinden, of wanneer er sprake is van zware weersomstandigheden of signaalstoringen.
- Robotica en autonome voertuigen
- Dankzij sensoren aan boord kunnen bewegende systemen zelfstandig navigeren, zonder afhankelijk te zijn van externe positioneringssignalen.
Dead reckoning-navigatie versus GPS
GPS-navigatie is doorgaans nauwkeuriger dan dead reckoning-navigatie, omdat hierbij satellietsignalen worden gebruikt om de exacte positie van een voertuig in realtime te bepalen. Bij dead reckoning wordt de beweging daarentegen geschat vanuit een bekende positie. In moderne voertuigen en telematicasystemen worden beide technologieën vaak gecombineerd: GPS voor nauwkeurigheid over lange afstanden en dead reckoning om de positie te behouden wanneer er geen signaal beschikbaar is.
Hoe nauwkeurig is dead reckoning-navigatie?
Dead reckoning-navigatie kan op korte termijn nauwkeurig zijn als de gebruikte snelheids- en richtingswaarden nauwkeurig zijn. Vanwege de cumulatieve fout is deze methode echter geschikter als back-up voor momenten waarop GPS uitvalt. Dit komt doordat elke positieschatting is gebaseerd op de vorige. Bij een fout zal elke positie die vanaf dat moment wordt berekend, steeds verder in de verkeerde richting afwijken.
Om de betrouwbaarheid van locatieschattingen te verbeteren, kunt u nauwkeurigere methoden (GPS, astronomische navigatie, radar) gebruiken om halverwege de reis een nieuwe meting van een vast punt uit te voeren. Als u uw werkelijke positie kent, kunt u deze vergelijken en corrigeren, en vervolgens vanaf dat punt verdergaan met dead reckoning.
Welke factoren beïnvloeden de nauwkeurigheid?
- Sensorkwaliteit
- Sensoren van lage kwaliteit die onjuiste metingen uitvoeren, zorgen ervoor dat positieschattingen na verloop van tijd sneller in de verkeerde richting afwijken.
- Wegomstandigheden en slippende wielen
- Slippende wielen en hobbelige wegen kunnen leiden tot onjuiste snelheidsmetingen en een vertekening van de afstandsberekeningen.
- Onjuiste startpositie
- Dead reckoning is gebaseerd op een beperkte reeks geverifieerde gegevens. Fouten in de eerste meting hebben dan ook een grote invloed op de daaropvolgende schattingen en brengen de nauwkeurigheid ervan in gevaar.
- Richtingsveranderingen
- Slecht gemeten richtingsveranderingen zorgen ervoor dat het berekende traject begint af te wijken van het werkelijke traject.
- Afgelegde tijd zonder GPS-correctie
- Zonder een 'GPS-controle' halverwege een route stapelen fouten zich op en neemt de algehele nauwkeurigheid verder af.
Hoe fouten zich in de loop van de tijd opstapelen
Door te vertrouwen op eerdere metingen voor het berekenen van de daaropvolgende locatieprognoses, worden eventuele fouten meegenomen in de rest van de berekeningen en vergroot. Zelfs kleine fouten zijn van belang, omdat ze geleidelijk toenemen, waardoor de geschatte positie steeds verder van de werkelijke locatie afwijkt. Daarom is het belangrijk om het systeem op verschillende punten in de route opnieuw te kalibreren met behulp van GPS.
Waarom is dead reckoning-navigatie belangrijk voor fleet management?
Fleet managers moeten altijd weten waar hun voertuigen zich bevinden. Het gebruik van alleen GPS is daarom riskant, aangezien signalen onverwacht kunnen worden onderbroken door tunnels, hoge gebouwen of gebieden met een slechte dekking.
Door de dead reckoning-methode als vangnet in te bouwen in de wagenparktechnologie, wordt de betrouwbaarheid van telematicasystemen verbeterd en neemt het operationele inzicht toe. Een nauwkeurig voertuigvolgsysteem is cruciaal bij fleet management, omdat dit de planning, efficiëntie en veiligheid ondersteunt. Het stelt fleet managers bovendien in staat om nauwkeurige ritgegevens bij te houden.
Welke technologieën ondersteunen dead reckoning-navigatie?
Voor dead reckoning-navigatie zijn sensoren en systemen nodig om afstand, richting en beweging te meten.
Voertuigsensoren en kilometertellers
- Wielsnelheidssensoren: meten hoe snel een voertuig rijdt
- Kilometertellers: schatten de totale afgelegde afstand
- Samen: hun gegevens worden gebruikt om posities te berekenen op basis van een bekend beginpunt
Gyroscopen en inertiële systemen
- Gyroscopen: meten rotatie en richtingsveranderingen
- Acceleratiemeters: detecteren acceleratie en beweging langs meerdere assen
- Samen: ze vormen een inertiële navigatiesysteem (INS) dat een continue positiebepaling mogelijk maakt.
Integratie met GPS- en telematicasystemen
- GPS: biedt periodieke positiebepalingen om opgebouwde fouten te corrigeren
- Telematicasystemen: integreren gegevens uit meerdere bronnen voor realtime tracking
- Samen: de hybride aanpak verbetert de betrouwbaarheid van de navigatie en de continuïteit van de tracking
Wat zijn de beperkingen van dead reckoning-navigatie?
Afwijking en cumulatieve fout:
Fouten kunnen zich opstapelen naarmate het systeem de locatie blijft schatten (als er halverwege geen GPS-kalibratie plaatsvindt), waardoor het steeds onbetrouwbaarder wordt voor positionering op de lange termijn.
Wanneer een voertuig bijvoorbeeld door een lange tunnel rijdt, begint het systeem met de juiste positie: bij de ingang van de tunnel. Vervolgens worden wielsensoren en kilometertellergegevens gebruikt om de beweging te schatten. Als de snelheid te hoog wordt ingeschat, voorspelt het systeem dat het voertuig verder heeft gereden dan in werkelijkheid het geval is. Na enkele minuten in de tunnel kan de geschatte positie honderden meters afwijken.
Afhankelijkheid van de nauwkeurigheid van de beginpositie:
Een belangrijk nadeel van dead reckoning-navigatie is dat één fout invloed heeft op alles wat daarna volgt. Hoe nauwkeurig uw sensoren ook zijn, als het gebruikte beginpunt verkeerd was, kunt u geen nauwkeurige locatieschatting verkrijgen.