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 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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Seminario Davide Carboni, 14-06-2012

  1. 1. Location, why and howLBS Research @ CRS4
  2. 2.  A location-based service (LBS):Servizio dinformazione odintrattenimento accessibileattraverso un device mobile chesfrutta la posizione dellutente perottenere un valore aggiunto
  3. 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. 4. Hype Cycle 2008
  5. 5. Hype Cycle 2012
  6. 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. 7. WAZENato in Israele (80 dipendenti)Navigatore social, sempre aggiornato dagli utentiApp: 12 milioni di downloadFund rising: 50M$
  8. 8. Foursquare Social network geolocal Nata a NY 100 dipendenti 20,000,000 di utenti Fund rising > 70M$ Asset > 600M$
  9. 9. Wikitude Augmented Reality User generated Freeware Nata in Austria
  10. 10. GPS 24 - 32 satelliti  Calcola posizione, altitudine,  velocità, direzione
  11. 11. Il GPS usa la Trilaterazione Cosè?
  12. 12. Trilaterazione
  13. 13. Trilaterazione Nel piano ho bisogno di 3 punti  noti per la trilaterazione
  14. 14. Trilaterazione Nel piano ho bisogno di 3 punti  noti per la trilaterazione
  15. 15. Trilaterazione Nello spazio
  16. 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. 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. 18. Spazio, ultima frontiera
  19. 19. GPS is broken indoor
  20. 20. Nel futuro ci saranno gli Pseudolites = Pseudo SatellitesProblema: interferenza tra segnale del pseudolite e quello del satellite
  21. 21. Dead reckoning where Ill be in 1 second?  where I was 1  second ago
  22. 22. As each estimate of position is relativeto the previous one, errors are cumulative.
  23. 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. 24. How to detect a step
  25. 25. Accelerometri http://www.youtube.com/watch?v=KZVgKu6v808
  26. 26. How to detect a step
  27. 27. Compass delliPhone effetto Hall  
  28. 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. 29. Posizionamento mediante  QRAlberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011
  30. 30.   Checkpoint + Compass + Step detection video di alberto  http://www.youtube.com/watch?v=HTZFRDBdQck
  31. 31. Problemi ... Errore della bussola Falso positivo del passo Attraversamento dei muri
  32. 32. Errore Bussola Campi magnetici di  errore: apparecchi elettrici, dischi computer, altri telefoni cell 
  33. 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. 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. 35. Come caratterizzare lerrore
  36. 36. L’errore medio rilevato nelle diverse sessioni di test è dellordine 0,1%
  37. 37.  
  38. 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. 39. Trattazione semplificata 3x3al checkpoint so che la p(x,y) è distribuita come in figura
  40. 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. 41. Stima di posizione = casella con probabilità max
  42. 42. Filtro Bayesiano Ricorsivo ricalcola la stima della posizione in un sistema di coordinate  sulla base dei dati forniti dai sensori
  43. 43. Dalla mappa alla griglia
  44. 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. 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. 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. 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. 48. Position is Not Enough
  49. 49. to go where we need to go, where we need to go?
  50. 50. Mappa
  51. 51. Dalla mappa al grafoSe ho il grafo posso usare lalgoritmo per il cammino minimo
  52. 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. 53. Davide CarboniLBS research @ CRS4 dcarboni@crs4.it http://geoweb.crs4.it
  54. 54. Domande?

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