Seminario Davide Carboni, 14-06-2012

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i sistemi di navigazione indoor rappresentano applicazioni di sicuro interesse per una vasta gamma di utenti di: musei, centri commerciali, ospedali, campus universitari, tutti luoghi potenzialmente …

i sistemi di navigazione indoor rappresentano applicazioni di sicuro interesse per una vasta gamma di utenti di: musei, centri commerciali, ospedali, campus universitari, tutti luoghi potenzialmente interessati a fornire sistemi di navigazione a supporto della fruizione dei propri servizi. Tuttavia in ambienti interni il segnale GPS non è sempre disponibile e ciò determina la ricerca di sistemi alternativi che funzionino in assenza di segnale. Roodin è un sistema di navigazione indoor che funziona in assenza di segnale GPS mediante le dotazioni dei moderni smartphone.

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  • 1. Location, why and howLBS Research @ CRS4
  • 2.  A location-based service (LBS):Servizio dinformazione odintrattenimento accessibileattraverso un device mobile chesfrutta la posizione dellutente perottenere un valore aggiunto
  • 3.   I campi di applicazione-Sistemi di “raccomandazione” mobili-Navigazione turn by turn-Notifiche  geo-referenziate (push or pull)-Marketing geolocalizzato-Pagamenti e checkin-Scatola nera per assicurazioni
  • 4. Hype Cycle 2008
  • 5. Hype Cycle 2012
  • 6. Yelp Aiuta nella ricerca di Negozi, bar, ristoranti etc. Nata a San Francisco 60 milioni di visitatori al mese 50,000,000$ revenue nel 2010 Google offre 500M$ nel 2010
  • 7. WAZENato in Israele (80 dipendenti)Navigatore social, sempre aggiornato dagli utentiApp: 12 milioni di downloadFund rising: 50M$
  • 8. Foursquare Social network geolocal Nata a NY 100 dipendenti 20,000,000 di utenti Fund rising > 70M$ Asset > 600M$
  • 9. Wikitude Augmented Reality User generated Freeware Nata in Austria
  • 10. GPS 24 - 32 satelliti  Calcola posizione, altitudine,  velocità, direzione
  • 11. Il GPS usa la Trilaterazione Cosè?
  • 12. Trilaterazione
  • 13. Trilaterazione Nel piano ho bisogno di 3 punti  noti per la trilaterazione
  • 14. Trilaterazione Nel piano ho bisogno di 3 punti  noti per la trilaterazione
  • 15. Trilaterazione Nello spazio
  • 16. GPS e relatività Relatività ristretta  Satelliti  e velocità 14,000 Km/h (il tempo si allunga)   Relatività generale  Satelliti e gravità 20,000 Km di quota (il tempo si accorcia) al netto gli orologi sul satellite vanno avanti  di 38micros al giorno
  • 17. Time-to-Fix• Cold 15:  • Non conosce la posizione corrente  • Vede 1+ satelliti  • Scarica lalmanacco (info sulla costellazione dei  satelliti)• Warm:  • Conosce la posizione con un errore di 100Km  • Ha già lalmanacco • Scarica le effemeridi. • Hot or standby:  • Conosce la posizione • Ha lalmanacco e le effemeridi
  • 18. Spazio, ultima frontiera
  • 19. GPS is broken indoor
  • 20. Nel futuro ci saranno gli Pseudolites = Pseudo SatellitesProblema: interferenza tra segnale del pseudolite e quello del satellite
  • 21. Dead reckoning where Ill be in 1 second?  where I was 1  second ago
  • 22. As each estimate of position is relativeto the previous one, errors are cumulative.
  • 23. Il contapassi • Dispositivo usato in ambito sportivo o parte elettronica formata da accelerometro o parte software che conta i passi • Distanza nel sistema misurata mediante passi utente • Lunghezza passo costante • Smartphone in qualsiasi posizioneAlberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011
  • 24. How to detect a step
  • 25. Accelerometri http://www.youtube.com/watch?v=KZVgKu6v808
  • 26. How to detect a step
  • 27. Compass delliPhone effetto Hall  
  • 28. I codici a barre 2D • Barcode + Server:  Ricavare i dati sulla  posizione (nota) dell’utenteURL JSON Dati JPG Dati  posizioneAlberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011
  • 29. Posizionamento mediante  QRAlberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011
  • 30.   Checkpoint + Compass + Step detection video di alberto  http://www.youtube.com/watch?v=HTZFRDBdQck
  • 31. Problemi ... Errore della bussola Falso positivo del passo Attraversamento dei muri
  • 32. Errore Bussola Campi magnetici di  errore: apparecchi elettrici, dischi computer, altri telefoni cell 
  • 33. Giroscopio   Giroscopio - tende a mantenere il suo asse di  rotazione orientato in una direzione fissa: in  questo modo può essere usato per misurare le  velocità angolari.  Giroscopio Triassiale - Un giroscopio triassiale  permette di misurare le velocità di rotazione  attorno ai tre assi (x, y e z) 
  • 34. GiroscopioData una direzione iniziale nota θ0 (es. Nord)ω velocità angolare t θ ( t ) =θ 0 +∫ ω ( τ ) dτ t0 Errori nei giroscopi - I giroscopi sono affetti da un errore  che, se integrato, fa divergere linearmente l’angolo.  Questo errore, se non trattato, porta alla completa  inconsistenza delle misure.
  • 35. Come caratterizzare lerrore
  • 36. L’errore medio rilevato nelle diverse sessioni di test è dellordine 0,1%
  • 37.  
  • 38. Probabilità totale X= un certo evento, es. sono in "Cucina adesso" A = stavo in "Soggiorno prima" B = stavo in "Camera prima" C = stavo in "Bagno prima" D = stavo in "Cucina prima"   P(X) = P(X|A)P(A) + P(X|B)P(B) + P(X|C)P(C) + P(X|D)P(D) 
  • 39. Trattazione semplificata 3x3al checkpoint so che la p(x,y) è distribuita come in figura
  • 40. Trattazione semplificata 3x3al passo successivo rilevato dai sensori devo ricalcolare la p(x,y) in ogni casella dato che la bussola indica una direzione z:p(A) = p(da B ad A | z) * p(B) + p(da C ad A | z)*p(C) +...
  • 41. Stima di posizione = casella con probabilità max
  • 42. Filtro Bayesiano Ricorsivo ricalcola la stima della posizione in un sistema di coordinate  sulla base dei dati forniti dai sensori
  • 43. Dalla mappa alla griglia
  • 44. WiFi fingerprinting RSS := Received Signal Strength  Esempio: nel tinello davanti al camino misuro il vettore  RSS=[-54,-33,-89] Wi-Fi Fingerprinting := mappa radio di unarea sulla base del  RSS Stima di posizione := calcolo la probabilità che io sia in X,Y  dato che ricevo un certo vettore di RSS Ho bisogno di un training set preparato in precedenza
  • 45. Algoritmo della distanzaDati due vettori RSS (es. x misurato ieri in un posizione nota ed y misurato adesso in una posizione sconosciuta) N 1 L p := 1 N (∑ ( i=1 xi− yi) ) p p Cerca il vettore x nel training set che ha la distanza Lp minima rispetto a y La posizione di x è la stima della posizione attuale
  • 46. In alternativa ...Scegli ad esempio 3 vettori x1,x2, x3 del training set che hanno la distanza Lp minima rispetto a yPrendi le loro posizioni p1,p2,p3 e calcola il baricentroIl baricentro è la tua stima
  • 47. dBmRSS è un vettore di valori dBm0 dBm = 1mW10dBm = 10mW potenza di tx di un laptop-50dBm = 10nW potenza in rx massima-90dBm = 1pW potenza in rx minima
  • 48. Position is Not Enough
  • 49. to go where we need to go, where we need to go?
  • 50. Mappa
  • 51. Dalla mappa al grafoSe ho il grafo posso usare lalgoritmo per il cammino minimo
  • 52. Referenze http://www.marcomonetti.it/?tag=trilaterazione Hype Cycle di Gartner engineerguyvideo channel on youtube http://en.wikipedia.org/wiki/Bayes%27_theorem http://en.wikipedia.org/wiki/Recursive_Bayesian_estimation P. Prasithsangaree, P. Krishnamurthy, e P. Chrysanthis, «On indoor  position location with wireless LANs», in Personal, Indoor and  Mobile Radio Communications, 2002. The 13th IEEE International  Symposium on, 2002, vol. 2, pagg. 720–724.
  • 53. Davide CarboniLBS research @ CRS4 dcarboni@crs4.it http://geoweb.crs4.it
  • 54. Domande?