is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara)

Háskóli Íslands > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Meistaraprófsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/42867

Titill: 
  • Titill er á ensku Design and Implementation of a Buoy Positioning and Monitoring System Using Differential GNSS and LoRaWAN
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    When vessels at sea currently install sea marks, such as floating buoys, they use their own Global Navigation Satellite Systems (GNSS) receivers to acquire a position and use that as an estimate for the buoys’ position, but the buoys are typically installed from the rear of the vessel while the GNSS receiver is closer to the middle of the vessel. These vessels are quite large and there are several meters between the GNSS receiver and the where the buoy is actually installed. Errors in the GNSS signals, which are mainly caused by Earth’s ionosphere, further add to the inaccuracy of the buoys’ position. The inaccuracy caused by the errors can be drastically mitigated by using GNSS correction data. The purpose of this thesis is to develop a system that includes a device that could be placed on a buoy in order to acquire a highly accurate position using GNSS and real-time GNSS correction data while also using low amounts of power. To achieve this a LoRa Wide Area Network (LoRaWAN) was set up which includes a LoRaWAN gateway that transmits corrections to the buoy device which uses them to acquire a position with a positioning error of less than a meter. The corrections are provided by a Continuously Operating Refer- ence Station (CORS) network operating in Iceland called IceCORS which streams the corrections over the internet. The corrections are fetched by a Raspberry Pi computer which relays them to the LoRaWAN gateway via Ethernet. The buoy device is an ESP32-based microcontroller equipped with a LoRa transceiver module and a GNSS receiver. The Raspberry Pi and gateway can be placed on the vessel installing the buoy (assuming the vessel has Internet connectivity) or on shore with a good view over the areas where buoys would be installed as LoRa communication requires a line of sight when communicating over distances of multiple kilometers. In-field testing revealed that the corrections transmitted via LoRa provided a signif- icant increase in the position accuracy and well within 1 m. They also revealed that corrections could be transmitted up to 15.5 km while achieving such an accurate position.

  • Þegar skip á sjó leggja sjómerki, til dæmis baujur, nota þau sinn innbyggða GNSS staðsetningarbúnað til að fá staðsetningu sína og skrá þá staðsetningu sem staðset- ning baujannar. En baujur eru yfirleitt lagðar frá aftari enda skipsins og staðset- ningarbúnaðurinn er nær miðju þess. Þessi skip eru nokkuð stór og er staðsetningar- búnaðurinn mörgum metrum frá þeim stað þar sem baujan er lögð í raun og veru. Skekkjur í merkjum GNSS, sem verða til einkum af völdum jónhvolfs jarðar, auka enn skekkjuna á staðsetningu baujunnar. Tilgangur þessa verkefnis er að þróa tæki sem er sett á baujuna þegar hún er lögð. Tækið mælir mjög nákvæma staðsetningu með GNSS og GNSS leiðréttingargögnum og á sama tíma notar lítið afl. Til þess var LoRaWAN netkerfi sett upp þar sem leiðréttingargögn eru send frá LoRaWAN gátt til tækisins á baujunni sem notar þau til að öðlast staðsetningu sína með skekkju innan við einn metra. Leiðréttingargögnin eru sótt frá kerfi viðmiðunarstöðva sem er rekið af Landmælingum Íslands og heitir IceCORS. IceCORS streymir gögnunum á internetið gjaldfrjálst og eru þau sótt af Raspberry Pi tölvu sem sendir þau til gáttarinnar yfir Ethernet. Tækið á baujunni er ESP32 örtölva vædd LoRa sendi- viðtæki og GNSS viðtæki. Raspberry Pi tölvan og gáttin gætu ýmist verið sett á skipið sem leggur baujuna eða sett upp á landi þar sem góð yfirsýn er yfir þau svæði þar sem baujur verða lagðar. Prófanir á kerfinu leiddu í ljós að nákvæmni staðsetningar tækisins batnar verulega þegar leiðréttingar eru sendar til þess með LoRa og var skekkjan vel innan eins metra. Mælingar sýndu að hægt var að senda leiðréttingar allt að 15,5 km vegalengd meðan tækið náði slíkri nákvæmni.

Styrktaraðili: 
  • Vegagerðin
Samþykkt: 
  • 28.9.2022
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/42867


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
Masters_thesis.pdf38.02 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna
yfirlysing.pdf188.09 kBLokaðurYfirlýsingPDF