LOKALIZACIJA V NOTRANJEM OKOLJU Z UPORABO PAMETNEGA TELEFONATomažič, Simon (Avtor) Škrjanc, Igor (Mentor) Lokalizacijafuzijaodometrijakamerainercialni senzorjiKalmanov filterpedometerdigitalni kompasBluetoothprstni odtisipametni telefonmehki modelipešecV doktorski disertaciji obravnavamo lokalizacijo v notranjem okolju z uporabo pametnega telefona. Ta je postal skoraj nepogrešljiv pripomoček sodobnega človeka, tudi zaradi vse večje vloge na področju osebnih navigacijskih sistemov. Lokalizacija v notranjem okolju je trenutno predmet številnih raziskav in projektov, saj se še nobeden izmed obstoječih lokalizacijskih sistemov ni uveljavil v taki meri, kot so se globalni navigacijski satelitski sistemi pri lokalizaciji in navigaciji v zunanjem okolju. Razlogi za to se skrivajo v visoki ceni preciznih lokalizacijskih sistemov oz. v slabi natančnosti cenovno dostopnih sistemov. Da bi nek nov lokalizacijski sistem prišel v širšo uporabo, pa mora biti z njim dosežen kompromis, ki predvideva zadovoljivo natančnost lokalizacije za relativno nizko ceno. Sodobni pametni telefoni imajo vgrajene številne senzorje (to so inercialni senzorji, kamera, barometer) in komunikacijske module (WiFi, Bluetooth, NFC), ki omogočajo implementacijo različnih lokalizacijskih algoritmov. Da bi v čim večji meri izkoristili potencial sodobnih mobilnih naprav, smo razvili tri različne lokalizacijske sisteme, in sicer vizualno lokalizacijo, inercialni navigacijski sistem in pa radijsko lokalizacijo. V sklopu vizualne lokalizacije smo na pametnem telefonu implementirali algoritem vizualne odometrije, ki se izvaja v realnem času na dveh ločenih nitih. Pri inercialnem navigacijskem sistemu smo za namen uporabe navigacije na slepo implementirali števec korakov (pedometer) in digitalni kompas, ki temeljita na uporabi pospeškometra, žiroskopa in magnetometra. Ker sta tako vizualna odometrija kot tudi inercialni navigacijski sistem občutljiva na zunanje motnje, smo oba lokalizacijska sistema združili z uporabo razširjenega Kalmanovega filtra. Na ta način smo dobili natančen in robusten relativni lokalizacijski sistem, ki omogoča določanje položaja v prostoru glede na poznano začetno točko. Da bi lahko določali tudi globalne položaje v prostoru, smo se lotili razvoja radijske lokalizacije, v sklopu katere smo preizkusili več različnih metod, in sicer trilateracijo, metodo prstnih odtisov in optimizacijo z rojem delcev, ki omogočajo določanje položaja v prostoru glede na meritve jakosti Bluetooth signalov. Za potrebe delovanja omenjenih metod smo zgradili nelinearne ter tudi mehke modele, ki opisujejo spreminjanje jakosti signalov v odvisnosti od razdalje do oddajnikov. Pri zajemu meritev, na podlagi katerih so bili zgrajeni modeli, je imel ključno vlogo razviti relativni lokalizacijski sistem, saj smo z njegovo uporabo na enostaven način zbrali meritve jakosti signalov v odvisnosti od razdalje do oddajnikov. Najboljši rezultati lokalizacije so bili dobljeni z uporabo mehkih modelov in metode prstnih odtisov. V tem primeru smo za 53 % ocenjenih položajev dobili napako manjšo od 0,5 m oz. za 99 % ocenjenih položajev manjšo od 1 m. Z namenom, da bi rezultate globalne lokalizacije še nekoliko izboljšali, smo implementirali fuzijo Bluetooth lokalizacijskega sistema, ki temelji na metodi prstnih odtisov in relativnega lokalizacijskega sistema, ki ga sestavljata vizualna odometrija in inercialni navigacijski sistem. Z združitvijo obeh sistemov so se napake globalnih položajev zmanjšale, saj je bila v tem primeru napaka manjša od 0,5 m pri več kot 80 % ocenjenih položajev. Z izvrstnimi rezultati se razvitemu lokalizacijskemu sistemu odpirajo številna vrata, saj se lahko uporablja pri vodenju avtonomnih mobilnih sistemov ali ljudi znotraj zgradb.20162016-11-17 10:00:07Doktorsko delo/naloga87057sl