FootPath: Accurate Map-based Indoor Navigation Using Smartphones

1. FootPath: Accurate Map-based Indoor Navigation Using Smartphones JóÁgilaBitschLink, Paul Smith, Nicolai Viol, and KlausWehrle RWTH Aachen University/ComSys, Aachen, Germany.

2. Abstrakt • sebestačný systém pre navigáciu v budove • využitie akcelerometra a kompasu v telefóne • riešenie nepresností v detekcii smeru a krokov pomocou algoritmov na princípe neuronóvých sietí • využitie OSM - jednoduché a rýchle nasadenie do praxe bez potreby dodatočnej infraštruktúry

3. Úvod • Jednoduchá detekcia krokov a ich smeru • Porovnávanie odmeraných krokov s očakávanou trasou • Systém používa mapy OpenStreetMaps • Takto je možné vyhnúť sa všetkým rádiovým spôsobom lokalizácie (GPS, WiFi, RFID, UWB) • Výhody: „infrastructurelessness“, lokalizácia na trase, ľahké nasadenie

4. Mapy • OpenStreetMaps: wiki-style, xml štruktúra (nodes, areas, ways, relations + indoor tagy) • Indoor, level, wheelchair, name, highway (výťah, schody, dvere, ..) • Niekoľko editorov a nástrojov na tvorbu a úpravu máp zjednodušujú prácu • Problémom sú prechody medzi poschodiami, riešené zlučovaním uzlov

5. Detekcia krokov

6. Porovnanie trás – First Fit • Trasa rozdelená na kroky dĺžky L • Tolerancia medzi krokmi trás 42° • Directmatchingmode - ak trasy si zodpovedajú • Lookaheadmatchingmode – hľadanie najbližšej zhody • Ak je krok menší ako L, algoritmus čaká na synchro a pokračuje ďalej DMM alebo LMM • Ak je krok väčší ako L, algoritmus vyhodnotí niektoré kroky ako chyby a LMM opraví pozíciu

7. Porovnanie trás – First Fit

8. Porovnanie trás – Best Fit • Hľadanie spoločnej podpostupnosti (dyn. progr.) • Chyby trestané dľa veľkosti odchýlky medzi krokmi <0°,45°> 0.0; (45°,90°> 1.0; (90°,120°> 2.0; inak 10.0 • Vyplnenie matice D =|M|x|S|, podľa princípu LCS: D(i, j) = min { D(i-1, j-1) + score(M(i), S(j)); D(i-1, j) + score(M(i), S(j-1)) + 1.5; D(i, j-1) + score(M(i-1), S(j)) + 1.5 } • Pozícia na trase po j krokoch: pos j = min {D(i,j) cez všetky i z <1,|M|>} => stačí matica po j-ty stĺpec

9. Porovnanie trás – Best Fit

10. Testy • Porovnanie s GPS na otvorenom priestranstve: • First Fit – pomerne veľa skokov kvôli nekonštantnej dĺžke krokov, može spôsobovať problémy, ak sa načítavajú smerovania, ktoré sa zhodujú s trasou • Best Fit – nastavuje sa tam, kde je najmenšia chyba a tým pádom môže zaostávať, ak sú kroky krátke

11. Testy • Trasa v budove zahŕňajúca schodiská a viacero dverí • Algoritmy strácajú presnosť hlavne v okolí výťahu • First Fit – čím viac zahnutí na trase, tým presnejšie algoritmus funguje (resetovanie lookahead modom) • Best Fit – lepšie a stabilnejšie výsledky ako FF, nakoľko sa priebežne prepočítava počas behu

12. Testy • Vytvorenie mapy pre veľtrh • Plán veľtrhu o rozlohe 20 000 m2 • Jeden človek vytvoril pomerne presnú mapu veľtrhu do OpenStreetMaps za menej ako 2 hodiny • Pri teste v praxi boli užívateľské skúsenosti na veľmi dobrej úrovni (nie je k dispozícii, nakoľko nebolo možné vykonať viacero opakovaných testov)

13. Porovnanie

14. Porovnanie

15. Záver • Projekt sa nezaoberal väčšiemu odkloneniu od trasy (je v pláne to vyriešiť „prepínaním“ medzi trasami) • FootPath ako samostatný navigačný systém v budove založený na mapách OpenStreetMaps • Demonštrovaná presnosť lokalizácie a veľmi rýchla realizovateľnosť nasadenia • Demonštrované algoritmy opravujúce „chyby merania“, nenáročné na implementáciu a pamäť • Otázky?