Automation of the measurement procedure in the mechanical north-seeking gyroscope
Date
2021-03-12
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”
Lviv Politechnic Publishing House
Lviv Politechnic Publishing House
Abstract
Мета роботи полягає у розробці автоматизованої вимірювальної системи в механічному гірокомпасі за
допомогою спеціально розробленого апаратного та програмного забезпечення для того, щоб полегшити
експлуатацію приладу та мінімізувати похибки спостерігача. Розроблений комплекс передбачає автоматизацію
лише для часового методу, оскільки для методу поворотної точки необхідно постійно контактувати з
навідним гвинтом тахеометра. В основі проєкту – інтегрована система, апаратна частина якої містить
одноплатний комп’ютер, камеру та об’єктив, а в основі програмного забезпечення – розроблений алгоритм
розпізнавання руху із застосуванням технологій обробки зображення. Цей алгоритм створений за допомогою
мови програмування Python та Computer Vision бібліотеки з відкритим початковим кодом OpenCV.
За допомогою апаратної частини отримується відеозображення відлікової шкали гіроскопа, а за допомогою
програмного забезпечення на цьому зображенні ідентифікується рухомий світловий індикатор та його позиція
відносно шкали. Результатом дослідження є функціонуюча автоматична система вимірювання, яка визначає
значення азимута напрямку з такою ж точністю, що й мануальні вимірювання. Система керується дистанційно
за допомогою комп’ютера через wi-fi мережу. Для перевірки системи проведено серію автоматичних та
мануальних вимірювань, які виконувались одночасно в одному й тому самому пункті для одного й того
самого напрямку. На основі отриманих результатів можна стверджувати, що точність системи є в межах,
зазначених виробником приладу для мануальних вимірювань. Застосування технології комп’ютерного зору, а
саме відстеження рухомого об’єкта на зображенні для гіроскопічних вимірювань може дати відчутний
поштовх для питання розробки систем автоматизації вимірювань для широкого спектра вимірювальних
приладів, що своєю чергою може призвести до покращення точності результатів вимірювання. Розроблена
система може застосовуватись разом з гірокомпасом Gyromax AK-2M фірми GeoMessTechnik для проведення
автоматизованих вимірювань, навчання нових операторів. За допомогою розробленої моделі можна уникнути
грубих похибок спостерігача, полегшити процес вимірювання, який не вимагатиме постійної присутності
оператора біля приладу. В деяких небезпечних умовах це є суттєвою перевагою.
The aim of the work is to develop an automated measuring system in a mechanical gyrocompass with the help of specially developed hardware and software in order to facilitate the operation of the device and minimize observer errors. The developed complex provides automation only for the time method, as for the method of the turning point it is necessary to constantly contact the motion screw of the total station. The project is based on an integrated system, the hardware part of which contains a single-board computer, camera, and lens. The main software is a developed motion recognition algorithm with the help of image processing. This algorithm was created using the Python programming language and the open-source computer vision library OpenCV. With the help of the hardware, a video image of the gyroscope's reference scale is obtained, and with the help of the software, the moving light indicator and its position relative to the scale are identified in this image. The result of the study is a functioning automatic measurement system, which determines the value of the azimuth of the direction with the same accuracy as manual measurements. The system is controlled remotely via a computer and wi-fi network. To test the system, a series of automatic and manual measurements were performed simultaneously at the same point for the same direction. Based on the results obtained, it can be stated that the accuracy of the system is within the limits specified by the manufacturer of the device for manual measurements. The application of computer vision technology, namely the tracking of a moving object in the image for gyroscopic measurements can give a significant impetus to the development of automation systems for a wide range of measuring instruments, which in turn can improve the accuracy of measurement results. The developed system can be used together with the Gyromax AK-2M gyrocompass of GeoMessTechnik for carrying out automated measurements, training of new operators. With the help of the developed model, it is possible to avoid gross errors of the observer, to facilitate the measurement process which will not demand the constant presence of the operator near the device. In some dangerous conditions, this is a significant advantage.
The aim of the work is to develop an automated measuring system in a mechanical gyrocompass with the help of specially developed hardware and software in order to facilitate the operation of the device and minimize observer errors. The developed complex provides automation only for the time method, as for the method of the turning point it is necessary to constantly contact the motion screw of the total station. The project is based on an integrated system, the hardware part of which contains a single-board computer, camera, and lens. The main software is a developed motion recognition algorithm with the help of image processing. This algorithm was created using the Python programming language and the open-source computer vision library OpenCV. With the help of the hardware, a video image of the gyroscope's reference scale is obtained, and with the help of the software, the moving light indicator and its position relative to the scale are identified in this image. The result of the study is a functioning automatic measurement system, which determines the value of the azimuth of the direction with the same accuracy as manual measurements. The system is controlled remotely via a computer and wi-fi network. To test the system, a series of automatic and manual measurements were performed simultaneously at the same point for the same direction. Based on the results obtained, it can be stated that the accuracy of the system is within the limits specified by the manufacturer of the device for manual measurements. The application of computer vision technology, namely the tracking of a moving object in the image for gyroscopic measurements can give a significant impetus to the development of automation systems for a wide range of measuring instruments, which in turn can improve the accuracy of measurement results. The developed system can be used together with the Gyromax AK-2M gyrocompass of GeoMessTechnik for carrying out automated measurements, training of new operators. With the help of the developed model, it is possible to avoid gross errors of the observer, to facilitate the measurement process which will not demand the constant presence of the operator near the device. In some dangerous conditions, this is a significant advantage.
Description
Keywords
автоматизація, гіроскоп, computer vision, відстеження руху, обробка зображення, automation, gyroscope, computer vision, motion detection, image processing
Citation
Lopatin Y. Automation of the measurement procedure in the mechanical north-seeking gyroscope / Yaroslav Lopatin, Wilhelm Heger // Geodesy, cartography and aerial photography. — Lviv : Lviv Politechnic Publishing House, 2021. — No 93. — P. 5–12.