Ölü hesaplaşma - Dead reckoning

Gezgin, üçgenle gösterilen sabah 9'daki konumlarını çizer ve rotalarını ve hızlarını kullanarak kendi konumlarını saat 9:30 ve 10'da tahmin eder.

Olarak kullan , ölü tahmin önceden belirlenmiş bir pozisyon ya da kullanarak bazı hareketli nesnenin mevcut pozisyon hesaplamaları işlemidir düzeltmeyi ve daha sonra hız tahminleri içeren, yön başlığı ve sahası üzerinden geçen süre. Biyolojide hayvanların konum veya yön tahminlerini güncelleme sürecini tanımlamak için kullanılan karşılık gelen terim, yol entegrasyonudur .

Drift, uçağın yönü ile istenen rota arasındaki açıdır. A bilinen son konumdur (sabit, genellikle bir daire ile gösterilir). B, hava konumudur (genellikle artı işaretiyle gösterilir). C, DR konumudur (genellikle bir üçgenle gösterilir).

Ölü hesaplaşma kümülatif hatalara tabidir. Konum hakkında doğru bilgi veren seyir yardımcılarındaki gelişmeler , özellikle de Küresel Konumlandırma Sistemini kullanan uydu navigasyonu , çoğu amaç için insanlar tarafından basit ölü hesaplaşmayı geçersiz kılmıştır. Bununla birlikte, çok doğru yön bilgisi sağlayan ataletsel navigasyon sistemleri , ölü hesaplaşmayı kullanır ve çok yaygın olarak uygulanır.

etimoloji

"Ölü hesap" terimi, başlangıçta "çıkarılmış hesaplaşma"yı kısaltmak için kullanılmamıştır ve "ölü hesaplaşma" teriminin yanlış yazılması da değildir. "Dedi" veya "çıkarılmış hesaplaşma" kullanımının 1931'den önce, tarihte Oxford İngilizce Sözlüğü'nde 1613 gibi erken bir tarihte ortaya çıkan "ölü hesaplaşma"dan çok daha sonra ortaya çıktığı bilinmemektedir. Bununla birlikte, terimdeki "ölü" kelimesinin asıl amacı açık değildir. "Mutlak"ı "ileride" ifade etmek için mi, yoksa "suda ölü" olan diğer nesneleri kullanarak mı hesap yapmak için mi, yoksa doğru hesaplamayı kullanarak mı, "doğru düşünmüyorsan ölüsün" bilinmemektedir. .

Gezinme kullanımlarına benzer şekilde, ölü hesaplaşma sözcükleri , herhangi bir değişken miktarın değerini daha önceki bir değer kullanarak tahmin etme ve bu arada meydana gelen değişiklikleri ekleme süreci anlamında da kullanılır. Çoğu zaman, bu kullanım, değişikliklerin tam olarak bilinmediği anlamına gelir. Daha önceki değer ve değişiklikler ölçülebilir veya hesaplanabilir miktarlar olabilir.

Hatalar

Kesin hesap, az matematik veya analizle mevcut konum hakkında mevcut en iyi bilgiyi verebilirken, önemli tahmin hatalarına tabidir. Kesin konum bilgisi için, hareket sırasında hem hız hem de yön her zaman doğru bir şekilde bilinmelidir. En önemlisi, ölü hesap, bir sıvı ortam boyunca seyahat sırasında yön kaymasını hesaba katmaz. Bu hatalar, daha uzun mesafelerde kendilerini bir araya getirme eğilimindedir ve ölü hesaplaşmayı daha uzun yolculuklar için zor bir navigasyon yöntemi haline getirir.

Örneğin, yer değiştirme bir tekerleğin dönüş sayısı ile ölçülürse, muhtemelen kayma veya yüzey düzensizliklerinden dolayı gerçek ve varsayılan kat edilen mesafe arasındaki herhangi bir tutarsızlık bir hata kaynağı olacaktır. Her konum tahmini bir öncekine göre olduğundan, hatalar zamanla kümülatif veya bileşiktir.

Kesinti hesabının doğruluğu, yolculuk boyunca yeni bir düzeltme elde etmek için diğer daha güvenilir yöntemler kullanılarak önemli ölçüde artırılabilir. Örneğin, bir kişi görüşün zayıf olduğu bir karada seyrediyorsa, o zaman kesin olarak bilinen bir başlangıç noktası vererek, bir dönüm noktasının bilinen konumuna onu görebilmek için yeterince yaklaşmak için ölü hesaplama kullanılabilir. - ve sonra tekrar yola çıkmak.

Mobil sensör düğümlerinin yerelleştirilmesi

Yerelleştirme statik sensör düğümü bir ekleme çünkü zor bir görev değildir GPS cihazı yerelleşme ihtiyacını yeterli. Ancak zamanla coğrafi konumunu sürekli değiştiren bir mobil algılayıcı düğümün yerelleştirilmesi zordur. Çoğunlukla, veri toplama için belirli bir etki alanı içindeki hareketli sensör düğümleri kullanılabilir, yani , bir otlatma alanı içindeki bir hayvana eklenmiş veya bir savaş alanındaki bir askere eklenmiş sensör düğümü. Bu senaryolarda, her sensör düğümü için bir GPS cihazı temin edilemez. Bunun nedenlerinden bazıları, kısıtlı sensör düğümlerinin maliyeti, boyutu ve pil boşaltmasını içerir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, bir alan içinde sınırlı sayıda referans düğümü (GPS ile) kullanılır. Bu düğümler sürekli olarak konumlarını yayınlar ve yakındaki diğer düğümler bu konumları alır ve trilaterasyon gibi bazı matematiksel teknikler kullanarak konumlarını hesaplar . Yerelleştirme için, yerelleştirme için bilinen en az üç referans konumu gereklidir. Literatürde Sıralı Monte Carlo (SMC) yöntemine dayalı birkaç yerelleştirme algoritması önerilmiştir. Bazen bazı yerlerdeki bir düğüm yalnızca iki bilinen konum alır ve bu nedenle yerelleştirilmesi imkansız hale gelir. Bu sorunun üstesinden gelmek için ölü hesap tekniği kullanılır. Bu teknikle bir algılayıcı düğüm, daha sonraki zaman aralıklarında yerelleştirme için önceden hesaplanmış konumunu kullanır. Örneğin, 1 anında, eğer A düğümü , bilinen üç referans konumu yardımıyla konumunu loca_1 olarak hesaplarsa ; daha sonra 2. an'da diğer iki referans düğümünden alınan diğer iki referans konumuyla birlikte loca_1'i kullanır . Bu, yalnızca bir düğümü daha kısa sürede yerelleştirmekle kalmaz, aynı zamanda üç referans konumu elde etmenin zor olduğu konumlarda da yerelleştirir.

Hayvan navigasyonu

Hayvan navigasyonu çalışmalarında , ölü hesaplaşma daha yaygın olarak (yalnızca olmasa da) yol entegrasyonu olarak bilinir . Hayvanlar bunu, bilinen son konumlarından hareketlerine dayanarak mevcut konumlarını tahmin etmek için kullanır. Karıncalar, kemirgenler ve kazlar gibi hayvanların, bir başlangıç noktasına göre sürekli olarak konumlarını takip ettikleri ve oraya geri döndükleri gösterilmiştir; bu, sabit bir evi olan toplayıcılar için önemli bir beceridir.

Deniz navigasyonu

Kıyı navigasyonunda ölü hesaplaşma navigasyon araçları

Deniz seyrüseferinde "ölü" bir hesap planı genellikle akıntıların veya rüzgarın etkisini hesaba katmaz . Gemide, konum bilgilerini değerlendirmede ve geminin hareketini planlamada ölü bir hesap planı önemli kabul edilir.

Kesin hesap bilinen bir konum veya düzeltme ile başlar ve daha sonra kaydedilen yön, hız ve zaman aracılığıyla matematiksel olarak veya doğrudan tablo üzerinde ilerletilir. Hız birçok yöntemle belirlenebilir. Modern enstrümantasyondan önce, gemide bir çip kütüğü kullanılarak belirlendi . Daha modern yöntemler, çukur log (motor hızı referans örneğin içinde. Rpm'de (Gemiler için) toplam yer değiştirme, bir tabloda) ya da bir en bir basınç ile beslenen hava sürati ile anlaşılır referans pitot tüpü . Bu ölçüm, bilinen atmosferik koşullara ve belirtilen hava hızı sisteminde ölçülen hatalara dayalı olarak eşdeğer bir hava hızına dönüştürülür . Bir donanma gemisi , geminin suda hareket etmesinin neden olduğu elektromanyetik değişimi ölçmek için metal bir çubuk üzerinde iki sensör kullanan çukur kılıcı (rodmetre) adı verilen bir cihaz kullanır. Bu değişiklik daha sonra geminin hızına dönüştürülür. Mesafe, hız ve zaman çarpılarak belirlenir. Bu başlangıç konumu daha sonra, akımı hesaba katarak ( deniz seyrüseferinde ayar ve sürüklenme olarak bilinir) tahmini bir konumla sonuçlanacak şekilde ayarlanabilir . Konum bilgisi mevcut değilse, tahmini bir konumdan yeni bir ölü hesap planı başlayabilir. Bu durumda, müteakip ölü hesap pozisyonları, tahmini set ve sapmayı hesaba katacaktır.

Ölü hesap pozisyonları önceden belirlenmiş aralıklarla hesaplanır ve düzeltmeler arasında korunur. Aralığın süresi değişir. İyi yapılan hız ve rotanın doğası ve diğer rota değişiklikleri dahil olmak üzere faktörler ve navigatörün yargısı, ölü hesap pozisyonlarının ne zaman hesaplanacağını belirler.

18. yüzyılda John Harrison tarafından deniz kronometresinin geliştirilmesinden ve ay mesafesi yönteminden önce , ölü hesaplaşma, Kristof Kolomb ve John Cabot gibi denizcilerin Atlantik ötesi yolculuklarında mevcut boylamları belirlemenin birincil yöntemiydi . Travers tahtası gibi araçlar, okuma yazma bilmeyen mürettebat üyelerinin bile ölü hesaplaşma için gereken verileri toplamasını sağlamak için geliştirildi. Ancak Polinezya navigasyonu farklı yön bulma teknikleri kullanır .

Hava navigasyonu

Ölü hesaplaşma navigasyon araçları ile İngiliz P10 Manyetik Pusula

21 Mayıs 1927'de Charles Lindbergh , tek motorlu Spirit of St. Louis ile Amerika Birleşik Devletleri'nden başarılı bir kesintisiz uçuşun ardından Paris, Fransa'ya indi . Uçak çok temel araçlarla donatıldığından, Lindbergh gezinmek için ölü hesaplaşmayı kullandı.

Havadaki ölü hesaplaşma, denizdeki ölü hesaplaşmaya benzer, ancak biraz daha karmaşıktır. Uçağın içinden geçtiği havanın yoğunluğu, performansının yanı sıra rüzgar, ağırlık ve güç ayarlarını da etkiler.

DR için temel formül Mesafe = Hız x Zaman'dır. 2 saat boyunca 250 knot hava hızında uçan bir uçak havada 500 deniz mili uçtu. Rüzgar üçgen başlığı üzerindeki rüzgar etkilerinin hesaplamak için kullanılır ve şasi (Yerdeki) üzerinden yönlendirmek için manyetik bir yönü ve hızı elde etmek için hava hızı edilir. Basılı tablolar, formüller veya bir E6B uçuş bilgisayarı, hava yoğunluğunun uçağın tırmanma hızı, yakıt yakma hızı ve hava hızı üzerindeki etkilerini hesaplamak için kullanılır.

Sabit aralıklarla (her ½ saatte bir) tahmini pozisyonlarla birlikte havacılık çizelgesine bir rota çizgisi çizilir. Düzeltmeleri elde etmek için zemin özelliklerinin görsel gözlemleri kullanılır. Sabitleme ve tahmini konum karşılaştırmaları yapılarak, uçağın yönüne ve yer hızına yönelik düzeltmeler yapılır.

Dünya çapında VFR (görsel uçuş kuralları - veya temel seviye) pilotlarının müfredatında ölü hesaplaşma var. Uçağın GPS, ADF ve VOR gibi navigasyon yardımcıları olup olmadığına ve bir ICAO Gerekliliği olup olmadığına bakılmaksızın öğretilir . Birçok uçuş eğitimi okulu, bir öğrencinin ölü hesaplaşma konusunda uzmanlaşana kadar elektronik yardımcıları kullanmasını engelleyecektir.

Daha gelişmiş uçaklarda neredeyse evrensel olan eylemsiz navigasyon sistemleri (INS'ler), dahili olarak ölü hesaplaşmayı kullanır. INS, küçük hatalara açık olmasına rağmen, harici navigasyon referanslarına ihtiyaç duymadan neredeyse her koşulda güvenilir navigasyon yeteneği sağlar.

Otomotiv navigasyonu

Tek başına GPS / GNSS teknolojisinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için bugün bazı üst düzey otomotiv navigasyon sistemlerinde ölü hesaplaşma uygulanmaktadır . Uydu mikrodalga sinyalleri, otoparklarda ve tünellerde mevcut değildir ve genellikle şehir kanyonlarında ve uyduların görüş hatlarının engellenmesi veya çok yollu yayılma nedeniyle ağaçların yakınında ciddi şekilde bozulur . Kesintisiz bir navigasyon sisteminde araba, tekerlek çevresini bilen ve tekerlek dönüşlerini ve direksiyon yönünü kaydeden sensörlerle donatılmıştır. Bu sensörler genellikle başka amaçlar için ( kilitlenme önleyici fren sistemi , elektronik denge kontrolü ) araçlarda zaten mevcuttur ve navigasyon sistemi tarafından kontrolör alan ağ veri yolundan okunabilir . Navigasyon sistemi daha sonra , her zaman mevcut sensör verilerini, uydu verilerinden alınan doğru ancak bazen mevcut olmayan konum bilgileriyle birleştirilmiş bir konum düzeltmesine entegre etmek için bir Kalman filtresi kullanır .

Robotikte otonom navigasyon

Bazı robotik uygulamalarda ölü hesaplaşma kullanılmaktadır. Çoğunlukla, teknolojiyi, algılama ihtiyacını azaltmak için kullanılan ultrasonik sensörler , GPS ya da yerleştirilmesi , doğrusal ve döner kodlayıcı , bir in, robotun , böylece büyük ölçüde performans ve tekrarlanabilirlik pahasına maliyetini ve karmaşıklığını azaltır. Bu anlamda ölü hesaplamanın doğru kullanımı, genel bir başlangıç noktasından belirli bir süre boyunca robotun tahrik motorlarına bilinen bir yüzdede elektrik gücü veya hidrolik basınç sağlamak olacaktır. Kesinti hesaplaması tam olarak doğru değildir; bu , çalışma süresine, robotun hızına, robotun uzunluğuna bağlı olarak birkaç milimetreden ( CNC işlemede ) kilometreye ( UAV'lerde ) kadar değişen mesafe tahminlerinde hatalara yol açabilir . koşmak ve diğer birkaç faktör.

Yaya ölü sayımı (PDR)

Akıllı telefonlarda artan sensör seçenekleriyle , yerleşik ivmeölçerler adımsayar olarak ve yerleşik manyetometre pusula yönü sağlayıcısı olarak kullanılabilir. Yaya ölü hesabı ( PDR ), otomotiv navigasyonuna benzer şekilde diğer navigasyon yöntemlerini desteklemek veya navigasyonu diğer navigasyon sistemlerinin kullanılamadığı alanlara genişletmek için kullanılabilir.

Basit bir uygulamada, kullanıcı telefonunu önünde tutar ve her adım, pozisyonun pusula tarafından ölçülen yönde sabit bir mesafe ileri hareket etmesine neden olur. Doğruluk, sensör hassasiyeti, yapıların içindeki manyetik bozukluklar ve taşıma konumu ve adım uzunluğu gibi bilinmeyen değişkenler ile sınırlıdır. Diğer bir zorluk, yürümeyi koşmaktan ayırt etmek ve bisiklete binmek, merdiven çıkmak veya asansöre binmek gibi hareketleri tanımaktır.

Telefon tabanlı sistemler var olmadan önce, birçok özel PDR sistemi vardı. Bir pedometre yalnızca kat edilen doğrusal mesafeyi ölçmek için kullanılabilirken, PDR sistemlerinde yön ölçümü için gömülü bir manyetometre bulunur. Özel PDR sistemleri, manyetometre başlığını daha iyi kullanmak için taşıma pozisyonu değişkenliğinin en aza indirildiği özel botlar, kemerler ve saatler dahil olmak üzere birçok form alabilir. Gerçek ölü hesaplama oldukça karmaşıktır, çünkü yalnızca temel kaymayı en aza indirmek değil, aynı zamanda farklı taşıma senaryolarını ve hareketlerini ve ayrıca telefon modelleri arasındaki donanım farklılıklarını ele almak önemlidir.

Yönlü ölü hesaplaşma

Güneyi gösteren savaş arabası, araba nasıl dönerse dönsün, her zaman güneyi hedeflemesi amaçlanan bir işaretçi taşıyan iki tekerlekli, atlı bir araçtan oluşan eski bir Çin aracıydı . Araba, manyetik pusulanın navigasyon kullanımından önceydi ve güney yönünü tespit edemedi . Bunun yerine bir tür yönlü ölü hesaplama kullandı : bir yolculuğun başlangıcında, işaretçi yerel bilgi veya örneğin Kutup Yıldızı gibi astronomik gözlemler kullanılarak elle güneye doğru yönlendirildi . Daha sonra, yol alırken, muhtemelen diferansiyel dişliler içeren bir mekanizma , iki tekerleğin farklı dönüş hızlarını kullanarak, işaretçiyi yapılan dönüş açısıyla (mevcut mekanik doğruluğa tabi olarak) arabanın gövdesine göre döndürmek için işaretçiyi nişan almaya devam etti. orijinal yönünde, güneye. Hatalar, her zaman olduğu gibi, katedilen mesafe arttıkça birikecekti.

Ağ bağlantılı oyunlar için

Ağa bağlı oyunlar ve simülasyon araçları, bilinen son kinematik durumunu (konum, hız, ivme, yön ve açısal hız) kullanarak bir aktörün şu anda nerede olması gerektiğini tahmin etmek için rutin olarak ölü hesaplama kullanır. Bu öncelikle gereklidir, çünkü çoğu oyunun çalıştığı 60 Hz hızında ağ güncellemeleri göndermek pratik değildir. Temel çözüm, doğrusal fizik kullanarak geleceğe projeksiyon yaparak başlar:

P_{t}=P_{0}+V_{0}T+{\frac {1}{2}}A_{0}T^{2}

Bu formül, ağ üzerinden yeni bir güncelleme alınana kadar nesneyi taşımak için kullanılır. Bu noktada, sorun şu anda iki kinematik durum olmasıdır: şu anda tahmini konum ve az önce alınan gerçek konum. Bu iki durumu inandırıcı bir şekilde çözmek oldukça karmaşık olabilir. Bir yaklaşım, hala geleceğe projeksiyon yaparken iki durum arasında bir eğri (örneğin kübik Bézier eğrileri , merkezcil Catmull-Rom eğrileri ve Hermite eğrileri ) oluşturmaktır. Diğer bir teknik, iki projeksiyonun (bilinen son ve mevcut) harmanlanması olan projektif hız harmanlamayı kullanmaktır; burada mevcut projeksiyon, belirli bir süre boyunca bilinen son ve mevcut hız arasında bir karışım kullanır.

$V_{b}=V_{0}+\sol({\acute {V}}_{0}-V_{0}\sağ){\hat {T}}$
$P_{t}=P_{0}+V_{b}T_{t}+{\frac {1}{2}}{\acute {A}}_{0}T_{t}^{2 }$
${\acute {P}}_{t}={\acute {P}}_{0}+{\acute {V}}_{0}T_{t}+{\frac {1}{ 2}}{\akut {A}}_{0}T_{t}^{2}$
$Pos=P_{t}+\sol({\akut {P}}_{t}-P_{t}\sağ){\hat {T}}$

İlk denklem , son sunucu güncellemesi sırasındaki istemci tarafı hızı ve bilinen en son sunucu tarafı hızı verilen bir harmanlanmış hızı hesaplar . Bu, sorunsuz bir geçiş için esasen istemci tarafı hızından sunucu tarafı hızına doğru karışır. Not (sonraki güncelleme ulaşacaktır hangi anda) birine (sunucu Güncelleme anında) sıfırdan gitmek gerekir. Geç bir sunucu güncellemesi, birde kaldığı sürece sorunsuzdur . ${\görüntüleme stili V_{b}}$ ${\görüntüleme stili V_{0}}$ ${\akut {V}}_{0}$ ${\görüntüleme stili {\şapka {T}}}$ ${\görüntüleme stili {\şapka {T}}}$

Daha sonra, iki konum hesaplanır: ilk olarak, karma hız ve bilinen son sunucu tarafı ivmesi , hesaplamak için kullanılır . Bu, son sunucu güncellemesinden bu yana geçen süreye dayalı olarak istemci tarafı başlangıç konumundan yansıtılan bir konumdur . İkinci olarak, aynı denklem, bilinen en son sunucu tarafı konumu ve hızından tahmin edilen konumu hesaplamak için bilinen son sunucu tarafı parametreleriyle birlikte kullanılır ve sonuç olarak . ${\görüntüleme stili V_{b}}$ ${\akut {A}}_{0}$ ${\görüntüleme stili P_{t}}$ ${\görüntüleme stili P_{0}}$ ${\görüntüleme stili T_{t}}$ ${\akut {P}}_{0}$ ${\akut {V}}_{0}$ ${\akut {P}}_{t}$

Son olarak, istemcide görüntülenecek yeni konum , istemci bilgilerine dayalı olarak öngörülen konumdan, bilinen son sunucu bilgilerine dayalı olarak yansıtılan konuma doğru enterpolasyonun sonucudur . Ortaya çıkan hareket, bu sunucu tarafı bilgileri seyrek veya tutarsız olarak gelse bile, istemci tarafı ve sunucu tarafı bilgileri arasındaki uyuşmazlığı sorunsuz bir şekilde çözer. Ayrıca, spline tabanlı enterpolasyonun maruz kalabileceği salınımlardan da muaftır. ${\görüntüleme stili Poz}$ ${\görüntüleme stili P_{t}}$ ${\akut {P}}_{t}$

Bilgisayar Bilimi

Bilgisayar biliminde, ölü hesaplama, dizinleri kullanarak bir dizi veri yapısında gezinmeyi ifade eder . Her dizi elemanı aynı boyuta sahip olduğundan, dizideki herhangi bir konumu bilerek bir dizi elemanına doğrudan erişmek mümkündür .

Aşağıdaki dizi verildiğinde:

A	B	C	NS	E

dizinin başladığı bellek adresini bilerek, D'nin bellek adresini hesaplamak kolaydır:

{\text{adres}}_{\text{D}}={\text{adres}}_{\text{dizinin başlangıcı}}+({\text{boyut}}_{\text{ dizi öğesi}}*{\text{arrayIndex}}_{\text{D}})

Aynı şekilde, D'nin bellek adresini bilerek, B'nin bellek adresini hesaplamak kolaydır:

{\text{adres}}_{\text{B}}={\text{adres}}_{\text{D}}-({\text{size}}_{\text{dizi öğesi }}*({\text{arrayIndex}}_{\text{D}}-{\text{arrayIndex}}_{\text{B}}))

Bu özellik, yapı dizileriyle birlikte kullanıldığında performans için özellikle önemlidir, çünkü verilere bir işaretçi referansından geçmeden doğrudan erişilebilir .

Ayrıca bakınız

ulaşım portalı

Languages

In other projects