نظام تحديد المواقع المرئي (VPS): Visual Positioning system

إحدى مهارات الطيارين البشريين لتحقيق الرحلة المستقلة الحقيقية هي القدرة على التنقل بناءً على الرؤية البحتة، دون الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو حتى الكاميرات (أو ، على نطاق أوسع ، GNSS) هو المعيار القياسي للمساعدة في الملاحة ، ويتوقع العالم تجربة من هذا البديل VPS وهو الوضع المرئي الذي يتطلب جهدًا لضبطه وفقًا للقوة التشغيلية.

كيف يعمل هذا النظام:

يعتمد نظام تحديد المواقع المرئي على خريطة لتوطين نفسها داخل إطار إحداثيات عالمي تشتمل هذه الخريطة على مواصفات المعالم المرئية أثناء التعرف على هذه الميزات في الصور من الكاميرا الموجودة على متن الطائرة أثناء الطيران، يحدد النظام مواضعها في ثلاثة أبعاد باستخدام إطار إحداثيات WGS84 من ذلك، فإنه يحسب تقديرًا دقيقًا لموقعه وموقفه. لا يمكنك تحديد موقع نفسك على الخريطة بدون الخريطة! قبل الاستخدام الأول لخادم VPS، يجب إنشاء خريطة من الصور التي تم مسحها في وجود إشارة GNSS جيدة. في وقت لاحق، يوفر مقدار الميزات المعترف بها في الرحلات الجوية اللاحقة مقياسًا جيدًا لجودة الخريطة والدقة المتوقعة للترجمة من الضروري أيضًا مراقبة الخريطة للقدم بمرور الوقت.

لا تحتوي الخريطة بالضرورة على ميزات واضحة للعين البشرية، هذه هي الميزات التي يمكن للكمبيوتر أن يميزها بشكل موثوق عن الخلفية الصاخبة في كثير من الأحيان.

من أين تأتي الخرائط؟

 تأتي مع النظام خريطة للتضاريس الضرورية ومن زاوية، فإن عملية إنشاء الخريطة هي في الواقع مسح مسبق. يحتوي برنامج VPS على مكون محدد لمعالجة الخرائط أثناء رحلات الاستطلاع (التي يقوم بها العميل أو نحن). يعالج هذا المكون الصور التي تم الحصول عليها من كاميرا الخادم الافتراضي الخاص، ويكتشف الميزات التي سيتم استخدامها كمعالم، ويربط الإحداثيات بها والنتيجة هي خريطة بيانات، يمكن التعرف عليها من خلال مكون التنقل في النظام ولكنها غير مخصصة لعرض قمرة القيادة. باستخدام هذه الخريطة، يقوم النظام بعد ذلك بتحديد موقع الطائرة أثناء الرحلات الجوية العادية دون الحاجة إلى نظام GNSS أو وسائل الملاحة الأخرى.

تعتبر رحلات المسح المسبق مكلفة، وهنا يأتي دور المحاكاة وهذا يحتاج فريق داخلي مخصص يعمل مع مصادر مختلفة للتضاريس والبيانات الجغرافية الأخرى، على وجه الخصوص، هي:

أ‌)           محركات المحاكاة التي تعرض مناظر طبيعية (مثل Unigine) من إطار عمل GIS الخاص

ب‌)        موفرو صور حقيقية - صور جوية ذات أبعاد هندسية مصححة لتناسب إسقاط خريطة (مثل USGS و Swisstopo، و هنا نلاحظ مقدرة الأخير العالية). لذلك، يجري العمل على تغطية مجالات الاهتمام بمزيد من الخرائط التركيبية التفصيلية. وبفضل هذا، يعمل على تكثيف القدرة على إنشاء خرائط من قاعدة بيانات واسعة للواقع، يتم الحصول عليها بطريقة قابلة للتطوير بدرجة عالية لكوكب الأرض بأكمله

 

مشكلة تقادم الخرائط وحلها:

بدا جبل ماتر هورن في سويسرا مشابهًا تمامًا قبل 10 ملايين سنة. لم يتغير برج إيفل كثيرًا منذ 100 عام. ستمتلك مانهاتن معظم المعالم التي كانت تمتلكها قبل 20-50 عامًا. لكن، على سبيل المثال، قد تكون دبي أكثر تعقيدًا ويتغير أفقها باستمرار، ولن تتعرف على بعض الأجزاء المألوفة من المدينة بعد عام من الغياب.

وفي الماضي القريب، بعد تساقط الثلوج بكثافة في سويسرا، اكتشف مدى الاختلاف الذي يمكن أن تبدو عليه دوارات زيورخ فجأة! هناك تضاريس بها تغييرات موسمية كبيرة، وعلينا التأكد من أن الخريطة "المرئية" الصالحة قبل أسبوع لا تزال جيدة بعد أسبوع وهناك تغييرات يومية في الإضاءة تؤثر على التعرف على التضاريس.

نحن على يقين من أنه يمكننا إنشاء خريطة مركبة طوال العام استنادًا إلى الميزات التي تعمل بشكل جيد خلال جزء من العام على الأقل ومع عدد كافٍ من الميزات التي يمكن التعرف عليها في أي وقت.

بالمناسبة، تقويم GPS صالح مع تخفيف بسيط للدقة لمدة تصل إلى أسبوعين، ولكنه يعتبر صالحًا لمدة تصل إلى 180 يومًا.

العمل على تحديث الخرائط

بعد أن يقوم العميل بتثبيت الخادم الافتراضي الخاص بخريطة بداخله، ماذا يحدث بعد ذلك؟

أثناء رحلاتهم المنتظمة، يقومون على أي حال بجمع بيانات حول التغييرات في منطقة الطيران: إما تشغيل وضع المسح للنظام أثناء الرحلة أو مجرد تسجيل نفس الصور للمعالجة اللاحقة في وضع عدم الاتصال. هذه البيانات كافية لتحديث خرائط النظام، لكن العملية ليست بهذه البساطة.

إنها عملية معتمدة من DO-200 ، مما يعني أنها تتضمن ضمانًا صارمًا للجودة قبل نشر الخريطة المحدثة في الأسطول. حاليًا، يتم ذلك يدويًا، ونعتزم تقديم ذلك كخدمة للعملاء الأوائل.

يتيح لنا نموذج تحديث الخريطة هذا إزالة العديد من حواجز الاعتماد مع التأكيد على أن نظام تحديد المواقع العالمي المرئي يمكن أن يفي بمعايير التوافر والموثوقية الضرورية لاستخدامه إما كنظام تنقل أساسي أو كنسخة احتياطية مختلفة لنظام GNSS معتمد.

بالطبع، من أجل قابلية التوسع والصيانة، من المستحسن للغاية أتمتة العملية. في خارطة الطريق الخاصة بنا، نخطط للقيام بذلك والتخلص من أي إشراف يدوي. الخبر السار هو أننا نعرف كيفية القيام بذلك ونحن واثقون تمامًا من أننا سنفعل ذلك. في هذا النموذج المستقبلي، VPS المثبتة على الطائرات تسجل باستمرار الصور التي تم الحصول عليها من الكاميرا أثناء الرحلات الجوية؛ يقوم باستخراج الميزات وإدراج العناصر التي تم العثور عليها حديثًا في الخريطة وإزالة الميزات القديمة التي فشل التعرف عليها مرارًا وتكرارًا. خبر سار آخر: لا نتوقع أن تكون أي ترقية إضافية للأجهزة ضرورية لذلك - سعة ذاكرة VPS كافية لتخزين مساحة كبيرة.

سيمكن المشغل من المشاركة على مستوى الأسطول للخرائط التي تم جمعها أثناء العمليات العادية، بحيث يمكن لكل طائرة أن تطير في أي مكان حلقت فيه أي من طائراتها. لنفترض أن رحلة جوية تغطي منطقة تتجاوز معرفة VPS الحالية للعمل. في هذه الحالة، يمكن للنظام إما التقاط الميزات المترجمة مقابل نظام GNSS عامل في الوقت الفعلي أو توسيع الخريطة المعروفة بسلاسة من خلال الطيران في منطقة لا يزال جزء من الخريطة المعروفة فيها مرئيًا، على سبيل المثال، على ارتفاع عالٍ في "الاستطلاع" بعثة".

مهما كان وضع إنشاء الخريطة، يمكن للمشغل دائمًا رؤية الدقة المتوقعة من VPS في أي مكان على الأرض، سواء قبل الرحلة أو أثناء الطيران. بناءً على ذلك، يمكنهم تكييف خطط الطيران وتخطيط رحلات المسح / الاستطلاع وفقًا لذلك.

هل هذا حقا قابل للتطبيق؟

كل ما تم وصفه أعلاه يبدو معقدًا مقارنةً بملاحة GNSS التي تأتي، كما يراها المستخدم، دون أي جهد. وربما ترتبط العملية بالتكاليف (على الرغم من أننا لم نقرر بعد النموذج التجاري للخرائط). لذا، دعنا نلقي نظرة على إيجابيات وسلبيات كلا النظامين.

تعتمد مستقبلات GNSS على بنيتها التحتية الواسعة من الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية. لكن من المحتمل ألا تكون قاعدة البنية التحتية لأي نظام GNSS جزءًا من الوحدة المعتمدة (ستكون معايير ILS مختلفة في هذا الصدد)، ويفترض أن تكون بيانات GNSS صحيحة. حسنًا ... دعنا نعيد أذهاننا إلى عام 2019، عندما "عانى نظام جاليليو بأكمله من انقطاع إشارة غير متوقع وغير مبرر حتى الآن، بدءًا من 11 يوليو".

أيضًا، إذا قمنا بمراجعة تكاليف تشغيل GNSS ، فهي ليست باهظة. تشغيل البنية التحتية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، على سبيل المثال، يكلف دافعي الضرائب الأمريكيين أكثر من مليوني دولار في اليوم، ولا يشمل ذلك المبلغ الأولي البالغ 12 مليار دولار لوضع الأقمار الصناعية في المدار في المقام الأول.

نتوقع أن يتنافس نظام تحديد المواقع المرئي مع GNSS كنظام تنقل أساسي في كلا الوضعين التشغيليين. للحظات من انقطاع GNSS أثناء الطيران، فإن VPS لها أوضاع محددة تجعلها تشير بدقة إلى التضاريس المحلية حتى في حالة عدم وجود ميزات يمكن التعرف عليها. لذا فإن الجودة الكافية للإشارة متاحة لسيناريو "الأرض في أسرع وقت ممكن". وفي حالة وجود ميزات VPS التي يمكن التعرف عليها، يمكن أن تستمر المهمة كما هو مخطط لها.

م. يوسف الغالي أحمد

سبتمبر 2021