Schiffs-Steuerung

[jeng2012]

Die Abstände der Satelliten dürften kein Problem darstellen.

Bei meinem "Bahnführungsprogramm" mit Bildortung kann ich das abzudeckende Becken in Sektoren einteilen, wobei die Videokameras in ihren Bereichen "überlappen". Die Programmierung ist nun so, dass das Programm erkennt, wenn das zu führende Schiff an den Rand eines Videobereiches mit Kurs zum nächsten kommt, und so schaltet das Programm die Führung dann auf die nächstbeste Ortungskamera um.

Ähnlich funktioniert ja das Roaming bei Mobiltelefonen (Weitergabe von einem zum nächsten Sendemast).

Auch das MiWuLa hat sicher dieses System im Auge, denn die Decke ist ja im Skandinavienbereich (seit langem) mit reichlich Ultraschallsensoren gepflastert.

[meckisteam]

Das Problem ist ja auch gar nicht die Bestimmung des Standortes eines Schiffs. Das Problem ist das Verhalten eines Schiffes. Massenträgheit, Strömungsverhalten des Wassers und ähnliche Einflüsse machen es extrem schwierig ein Schiff mit der nötigen Präzision zu steuern.

[jeng2012]

Für das Stichwort von Meckisteam bin ich sehr dankbar.

Jeder, der schon fergesteuerte Modelle (Schiffe, Flugzeuge, Hubschrauber) gefahren/ geflogen hat, kennt ja die Reaktionen des Modells auf Fernsteuerungsbefehle. Bekanntermassen werden z.B. die Quadrokopter inzwischen ganz gut automatisch geflogen.

Ich weiss nun nicht, ob ich der Einzige bin, der bisher ein Modellschiff automatisiert hat. Aus Erfahrung kann ich aber sagen: Es geht besser, als man erwartet. Mein Programm korrigiert Kurs und Geschwindigkeit über Bugstrahler, Propeller und Ruder im Sekundentakt über die schon erwähnte Soll/Ist Kursabfrage. Durch die Zähigkeit des Wassers (Reibung) und die natürliche Dämpfung (Wellenabstrahlung) hält sich ein Überschwingen beim Kurshalten bei geeignet vorsichtigen Steuerbefehlen (kurze Steuerimpulse) in sehr engen Grenzen.

Ich kann also guten Gewissens bestätigen, dass es ohne Probleme möglich ist, die Geschwindigkeiten, die derzeit im MiWuLa mit der Fernsteuerung manuell gefahren werden, automatisiert zu beherrschen. Selbst wenn mehrere Gäste blasen und anderweitig versuchen werden, die Schiffe aus dem Kurs zu bringen, wird das Programm dies abfangen können, soweit die Leistung der eingebauten Bugstrahler (und evtl. Heckstrahler) in den Schiffsmodellen dafür ausreicht.

Auf meinem Teich beim Testen im letzten Herbst draussen hatte ich da bei etwas Wind natürlich deutlich mehr Probleme, einfach weil die Leistung meines Schiffsmodells zum Gegenhalten nicht ausreichte. Auf dem windgeschützten Skandinavienbecken im MiWuLa wird das kein Problem sein.

Ich bleibe dabei: Der Schlüssel zum Erfolg ist eine sichere, kontinuierliche Ortung. 10 mm Genauigkeit reichen völlig aus.

[jeng2012]

Hurra, es klappt!
Damit das Thema nicht einschläft: Habe endlich meine automatische Schiffssteuerung auf unserem Teich erfolgreich testen können, und ein entsprechendes YouTube- Video produziert.
Guckst Du hier: www.youtube.com/watch?v=hmgHxWYX9yc

Es ist also, wie ich schon behauptet habe, möglich, Modellschiffe millimeter- genau automatisch auf vorgewählten Strecken berührungslos zu führen. (Für diejenigen, die mit der Bahngenauigkeit in meinem Video (noch) nicht zufrieden sind: Mein einziges Problem auf meinem Teich ist der Wind, der mein untermotorisiertes Schiffchen manchmal etwas stört; Wind gibt es aber im MiWuLa nicht. Ausserdem fährt mein Schiff sehr real über Ruderlegen, den Bug immer fest aufs Ziel gerichtet, wie es sein soll; mit Einsatz von Bug- und Heck- Querstrahlruder wie im MiWuLa, und ohne Wind, lässt sich solch ein Schiff exakt "auf dem Strich" halten).

MiWuLa sollte also keine Angst haben, dass das auf ihrem Becken nicht hinzubekommen ist. Mein Tracking des Schiffes funktioniert über eine Webcam; inzwischen gibt es ja aber auch die professionelle Dreipunktortung von FALLER (siehe meine früheren Beiträge hierzu, in diesem Forum), die meines Erachtens eine betriebssichere Ortungslösung (besser als die Meinige) darstellt. Der Rest ist fleissige Programmier- und Einstellarbeit. Mit einer solchen Automatik lassen sich tolle Manöver fahren, die sich die Jungs mit der Fernsteuerung momentan nicht zutrauen.....

Also: Einer Automatisierung des Skandinavienbeckens im MiWuLa steht nichts mehr im Wege, nur Mut!

[writeln]

...Wind gibt es aber im MiWuLa nicht...

Zumindest in diesem Punkt muss ich dir widersprechen, es gibt Wind und noch einige andere Störfaktoren. Ich zitiere mich mal selbst:

...Das Wasserbecken entpuppte sich dabei als deutlich dynamischer, als man von außen betrachtet zunächst annimmt. Wechselnde Gezeiten, Strömungen durch andere Schiffe und tückischer Wind aus der Klimaanlage sind Parameter, die das Schippern zu einem abwechslungsreichen Erlebnis machen. Spätestens bei einsetzender Dunkelheit war das Fahren dann trotz gut beleuchteter Schiffe eine echte Herausforderung.

s. Nordostseewoche

Die Menge der Störfaktoren ist nicht ganz ohne.
Hast Du Dein Ortungssystem mal bei Dunkelheit getestet?

Das soll aber meinen Respekt vor Deiner Arbeit nicht schmälern, das Video sieht gut aus und hinter der Steuerung dürfte eine Menge Programmierarbeit liegen. Sicherlich lässt sich auf dem Softwarewege auch noch vieles an der Steuerung optimieren.
Jedenfalls: *Hut ab*!

Im MiWuLa wird ja derzeit auch wieder intensiver an dem Thema gearbeitet.
s. Gerrits Tagebuch #38

[jeng2012]

Ein toller Bericht, der von der Nordseewoche, mit super Fotos! Er zeigt, wie viel Leben auf dem Becken regelmässig sein wird, wenn erst mal die automatisierte Schiffssteuerung funktioniert!

Zu den Fragen:
Dunkelheit ist bei meiner Steuerung kein Thema; der in meinem Video gezeigte Screenshot- Ausschnitt ist ein Ausschnitt eines über 50 Minuten dauernden Fahrtests, den ich in der Dämmerung begonnen hatte (weil endlich relativ windstill), und der bis in die Dunkelheit lief. Man sieht im rechten Bereich des Screenshots sogar den Kegel meiner Unterwasserscheinwerfer im Teich, die ich irgendwann zugeschaltet hatte; im Tracking hat das keinen Einfluss gehabt. Die zugehörigen Kameraaufnahmen wurden natürlich zu dunkel; die im Video gezeigten Kameraaufnahmen stammen von einer vorausgegangenen Testsequenz mit Tageslicht, aber mit noch mehr Wind.Das optische Tracking reagiert eher tagsüber empfindlich auf Lichtänderungen (Sonne, Wolken etc.); hier muss ich meine Billig- Webcam manchmal nachstellen. Ab Dämmerung läuft das Tracking dann ungestört. Bei Einsatz einer Ultraschallortung (Faller etc.) gibt es diese Probleme nicht mehr; sicher lässt sich aber auch über optische Umrisserkennung, Infrarot- Ortung oder bessere Kameras einiges machen.

Zum Wind: Solange die MiWuLa- Schiffe per (manueller) Fernsteuerung im Becken unter Kontrolle gehalten werden können, solange wird auch die Automatisierung keinerlei Probleme haben. Im Gegenteil: Sie erkennt Kursabweichungen frühzeitiger als das menschliche Auge, im mm- Bereich, und reagiert sofort; sie lässt sich auch nicht ablenken, und ist - solange sie eingeschaltet ist - immer ununterbrauchen aufmerksam. (Eine Ausnahme muss ich zugestehen: Habe kürzlich den Weltmeister im Fliegen von ferngesteuerten Flugmodellen in einer wirklich atemberaubenden Variete- Show gesehen: Diese Reaktion wird eine Automatik tatsächlich wohl nie erreichen!)

Zum Programm: Es hat tatsächlich inzwischen einige 10.000 Zeilen, und umfasst nun ausgetestet alle grundsätzlich nötigen Elemente der Steuerung, wie optisches Tracking mit Ortsbestimmung des Schiffes mit den Parametern Ort, Geschwindigkeit, Kurs, deren Differentiale (Beschleunigung, Drehgeschwindigkeit- und Beschleunigung), und die momentane Kursabweichung Soll/ Ist; ferner die Manöver Drehen auf Kurs, Stoppen der Drehung, Aufstoppen der Fahrt, und Fahren auf einen Zielpunkt zu durch kontinuierliches Ruderlegen, egal, wohin das Schiff während der Zielfahrt vertreibt, oder wohin der Zielpunkt momentan gesetzt wird; zuletzt Erkennung der Zielerreichung/ Überschreiten der "Ziellinie". Damit können demnächst auch beliebige Kreis- oder Kurvenfahrten programmiert werden; ferner kann das Schiff dann im Manövrier- Modus gefahren werden, das heisst unter Einsatz vorhandener Bug- und Heckstrahler exakt an Bug und Heck "auf der Soll- Bahn" geführt werden.

[Datterich]

In Gerrits Tagebuch Vol. 54 gibt es erstaunliche aktuelle Informationen zum derzeitigen Stand der Technik für die Schiffssteuerung.

Da bin ich ja erneut gespannt, wie es kurz- und mittelfristig damit weiter geht.

Toi toi toi nach Hamburg
Datterich

[JoachimK]

Die Grundidee, mit Hilfe mehrerer Kameras die Position zu bestimmen, ist ja sozusagen der maximal mögliche Aufwand. Der Stapel an dafür aufgewendeten Rechnern spricht ja für sich.
Der Rechner-Aufwand spricht in meinen Augen für die 'Geheime Methode' (Wurde ja nicht angesprochen) zur Erkennung der Schiffsmerkmale durch sowas wie Neuronale Netze.
Die Merkmalsgewinnung aus Video erfordert eben diesen Stapel, oder was geeigneteres.
Die Kalibrierung, die gezeigt wurde ist ja eher trivial im Vergleich zur Merkmalsgewinnung.

Ich wünsche den Entwicklern viel Spaß, bei der Separation der einzelnen Schiffe. Da wird bestimmt der ein oder andere ungewöhnliche Spurwechsel stattfinden

Tipp: Wenn man z.B. Tesla-Karten verwendet hätte, würde der Kosten-Aufwand garantiert geringer. Es gibt inzwischen in Mathematika auch fertige Bibliotheken, die es ersparen, die Algorithmen für die Neuronalen Netze speziell für Tesla zu schreiben.
Auch Algorithmen zur Kantengewinnung und ähnliches sind drin.

Noch nicht implementiert sind ja die Routen-Regelkreise, aber die könnte man pro Schiff auch auf einem Raspi laufen lassen, nur mal so zum Vergleich. Wahrscheinlich könnte man mit einem Raspi sogar mehrere Schiffe auf ihrer Route halten.

Oberhalb der Routen-Regelkreise kann dann sogar die im Miniatur-Wunderland verwendete Modellbahn-Steuerung verwendet werden. Einziger Unterschied: Das Schiff bleibt nicht, wo es ist, wenn die Anlage abgeschaltet wird.
Ist doch interessant, in welchen Proportionen die erforderlichen Rechenaufwände stehen, oder?

[writeln]

...Ich wünsche den Entwicklern viel Spaß, bei der Separation der einzelnen Schiffe. Da wird bestimmt der ein oder andere ungewöhnliche Spurwechsel stattfinden ...

Möglich, dass das passiert. In der Entwicklungsphase von Software-Programmen ist mit Bugs zu rechnen. Ich wünsche den Entwicklern ehrlich gesagt möglichst wenige davon.

Allerdings scheint das System ja schon mit Schwärmen von Flugobjekten erprobt worden zu sein. Gerrit wird sich die Sache von Anfang an sehr genau auf Tauglichkeit angesehen haben. Er setzt sich ja doch schon seit ein paar Jahren mit dem Thema auseinander und kennt die Anforderungen genau.

Da das Ortungssystem bereits entwickelt ist und wir als Außenstehende überhaupt nicht wissen, wie es unter der Haube aussieht, sind Verbesserungsvorschläge eine ziemlich unscharfe Sache. Wie die Unterscheidung der Schiffe funktioniert wird im Video nicht erzählt. Wäre z.B. möglich, die Kennung eines Schiffes über die IR-Lämpchen zu kodieren.

Bei den Schiffen versucht man im Übrigen bewusst auf jeden überflüssigen Verbraucher an Bord zu verzichten, um eine hohe Akkulaufzeit zu erzielen. Daher werden die wohl auch weiterhin eine möglichst passive Rolle im Steuerungssystem spielen.

[JoachimK]

Dass Gerrit genau schaut, glaube ich gern.

Es kommt hier ja auch zunächst auf das Prinzip an. Der kürzeste Weg ist bei so einem Erkennungssystem immer geboten. Mit solchen kenne ich mich aus, habe ca. 25 Jahre an Systemen zur Mustererkennung mit Kameras gearbeitet. Daher auch meine vorwitzigen Kommentare.
Dass die Positionslampen mit Unterlegung eines zusätzlichen Infrarotsignals geeignet sind, glaube auch ich. Dann lässt sich auch der Schiffs-Identifikator mitsenden.

Ich fand das Demo-Video mit den Luftschiffen (und die Luftschiffe selber) grandios! Deren Navigation haben wir ja gesehen. Festo investiert auch mal in neue Technologien.

Auch in Hamburg (aber nicht in Relation zu mir) ist die Firma Still dabei, Mustererkennung als Grundlage zur Navigation von Flurfahrzeugen zu nutzen. Das läuft recht gut. Aber weil dort das Fahrzeug den Rechner enthält, ist es etwas (nur ein bisschen) einfacher. Das System orientiert sich an mehreren markanten Merkmalen, von denen immer eine Reihe zu sehen sein muss. Ebenfalls über Triangulation, wie bei den Schiffen, wird die eigene Position berechnet.

Dass man nicht alles selber machen sollte, ist ein neuer Ansatz bei Gerrit, er hat ja noch selbst betont, wie wichtig ihm war, dass alles Know-How im eigenen Hause bleibt.
Nun hat er gleich 2 Leute vorgestellt, mit denen er zusammen etwas entwickelt.
Da mit der Schiffsnavigation kein Alleinstellungs-Merkmal verknüpft sein muss, kann er sich das hier leisten. Zumal sich das Miniatur-Wunderland ja inzwischen durch seine schiere Größe ein besonderes Alleinstellungsmerkmal erarbeitet hat.
Der Tipp mit den Tesla-Karten ist daher auch insbesondere an den externen Entwickler gerichtet. Seine Systeme kann er damit in der Rechenleistung enorm aufpumpen.

[writeln]

Hallo Joachim,

nach eigener Erfahrung kommt man (auch) als Programmierer früher, oder später zu der Erkenntnis, dass es doch ganz charmant ist, nicht unersetzlich zu sein und nicht jedes Programmierproblem mit unter´s Kopfkissen zu nehmen, sondern mal von einer weiteren Person durchdenken zu lassen. ... Bei dem Zoo an Programmen, die das Wunderland mittlerweile entwickelt hat ist es schon gut, die Weiterentwicklung und Wartung auf mehr als zwei Beine zu stellen.

Beim Ortungssystem, das ja als eine Art Modul ins Haus kommt, wird es wichtig sein, genug Wissen zu erwerben, um das System die nächsten Jahrzehnte am Laufen zu halten. Da spielt dann auch der Faktor Hardware eine Rolle, sprich entsprechende Rechnersysteme müssen langfristig verfügbar (und ersetzbar) sein. Ich habe in den 90ern mal ein hoffnungsvolles Projekt auf Apples Newton begleitet, das recht schnell erledigt war, als der Hersteller sich entschloss, das Gerät nicht mehr zu produzieren.

Jedenfalls wird das Thema Schiffssteuerung jetzt wieder richtig spannend. Ich hoffe, die Wunderländer halten uns da weiter auf dem Laufenden und drücke die Daumen, dass aus dem vielversprechenden Ansatz am Ende ein einsatzfähiges System wird.

Viele Grüße

[günni]

Moin,
ja, der Newton wurde 1998 von Jobs persönlich beerdigt.

[JoachimK]

Die Beerdigung war zu recht. Für den besseren und praktischeren Palm habe ich dann Software entwickelt. Dann die gleiche für Pocket-PC. Dann für ...
Und so fort. Manche lernen es nie.

[jeng2012]

Die aktuelle Diskussion und die Beiträge zu den vielversprechenden neuen Aktivitäten des Miwula bei der Schiffs- Automatisierung laufen derzeit auf 2 Forenkreisen: Neben diesem hier noch auf "forum.miniatur-wunderland.de/allgemeine-diskussionen-rund-ums-wunderland-f9/warum-die-schiffe-nicht-fahren-und-was-man-dagegen-tun-kann".

Viel Spass beim Lesen auch dieser Beiträge.

[Datterich]

Nun wird es aber ernst ... die Realität rückt spürbar näher, und ein Bericht des SPIEGEL von heute unter der Überschrift Autonom fahrende Frachter - Geisterschiffe erobern die Meere besagt, dass die großen Pötte (Maßstab 1:1) ziemlich dicht dran an einer Lösung durch Fernbedienung sind:

"Im Prinzip können wir schon jetzt ein Schiff fernsteuern, und in der Tat werden wir das auch bald machen." Noch vor 2020, so seine Schätzung und Absicht, sollen die ersten Prototypen dieser Art unterwegs sein.

Interessante Entwicklung, die ja nicht nur Kraftfahrzeuge inkl. Lkw, Pkw und Busse und einige Bahnen betrifft, sondern demnächst auch den weltweiten Schiffs-Fracht-Verkehr.

Im Wunderland wird zwar seit Jahren auch fernbedient, aber ich hoffe, dass zur Zeit eine gute Lösung mit Erfolg in Arbeit ist.

Freundliche Grüße aus Darmstadt
Datterich

[günni]

Moin,
dann werden die Piraten auch auf automatisches Entern umstellen.

[JoachimK]

Hallo zusammen,

ich stelle gerade fest, dass ich einige Jahre nicht mehr hier war.
Irgendwie hört und sieht man nichts mehr von dem Thema, Schiffe automatisch zu steuern. Vielleicht hat Gerrit sich gesagt, dass es wirtschaftlich keinen Sinn mehr macht, noch mehr Geld zu versenken, anstatt einfach 1 Mitarbeiter das ganze im Auge zu behalten und den gesamten Bereich im Auge des Verantwortlichen zu lassen. Mit dem Nebeneffekt, dass Abläufe dann auch nicht monoton, immer die gleichen sind.

Wenn ich mir ansehe, wieviel Energie er in die Monaco Rennstrecke steckt, bin ich echt beeindruckt!
Ausdauer zahlt sich irgendwann aus.

Viele Grüße,
Joachim

[Masso]

Naja, wie du richtig erkannt hast, es wird Energie in Monaco gestreckt. Daher steht schiffssteuerung hinten an. Und die todoliste wird leider nicht kleiner.

[JoachimK]

Hallo Masso,

bist Du Mitarbeiter des Hauses?
Ist nur interessant zu wissen.

Viele Grüße,
Joachim

[Datterich]

Ja, isser! Und dazu noch ein ganz lieber, aber das sind wirklich alle (m/w/d) dort.

Freundliche Grüße aus der Lüneburger Heide
Datterich