Promotor: dr inż. Szymon Supernak

1. PRACA MAGISTERSKAIreneusz BĄCZEWSKIAutomatyzacja identyfikacji informacji do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP Promotor: dr inż. Szymon Supernak WARSZAWA 2013

2. 2 PLAN PRACY • Wstęp • Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie • Charakterystyka urządzeń akwizycji informacji do baz danych • Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi • Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi • Określenie wymagań funkcjonalnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP • Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych • Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania • Projekt bazy danych w technologii SIP • Projekt interfejsu użytkownika urządzenia do sterowania obiektem mobilnym • Podsumowanie i wnioski

3. 3 Wstęp • Zakres pracy obejmuje wykorzystanie automatyzacji identyfikacji informacji do sterowania obiektami mobilnymi w technologii SIP. • System Informacji Przestrzennej SIP jest systemem nadrzędnym nad Systemem Informacji Geograficznej GIS (Geographic Information System). • Bez Systemu Informacji Przestrzennej niemożliwe byłoby zbudowanie systemu pozycjonowania i nawigacji. • Większość popularnych systemów nawigacji opiera się na nawigacji satelitarnej. • Istnieje potrzeba stworzenia systemu nawigacji opartego na innym źródle informacji, niż pochodzące ze sztucznych satelitów ziemi sygnały radiowe.

4. 4 Wstęp cd. • Celem pracy jest zweryfikowanie następującej hipotezy roboczej:Automatyzacja identyfikacji informacji umożliwia opracowanie systemu, który ułatwi sterowanie obiektami mobilnymi w przestrzeni pozbawionej możliwości korzystania z popularnych systemów nawigacji satelitarnej. • Do osiągnięcia założonego celu oraz do zbadania szczegółowych problemów zastosowano następujące metody badawcze: • Metoda analizy, która posłużyła do analizy literatury przedmiotu. • Metoda syntezy, która pozwoliła na wyciągnięcie wniosków z literatury. • Metoda analogii, która umożliwiła porównanie istniejących rozwiązań. • Metoda modelowania, w której badanie modelu dało informacje na temat modelowanej rzeczywistości.

5. 5 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie • Kody kreskowe • Jednowymiarowe • Dwuwymiarowe • RFID • Aktywne • Pasywne • Karty elektroniczne i magnetyczne • Zbliżeniowe • Kontaktowe • Biometria • Rozpoznawanie pisma, głosu i obrazu

6. 6 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Kody kreskowe • Jednowymiarowe • Dwuwymiarowe

7. 7 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • RFID • Źródło zasilania • Pasywne • Aktywne • Semiaktywne (zwane także semipasywnymi) • Rodzaj zapisu danych • RO (Read Only – tylko do odczytu) • WORM (Write Once Read Many – do jednokrotnego zapisu i wielokrotnego odczytu) • RW (Read Write – do wielokrotnego odczytu i zapisu) • Częstotliwość pracy • Niska • Średnia • Wysoka

8. 8 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Karty elektroniczne i magnetyczne • Sposób zapisu danych • Tłoczone (zwane także wypukłymi) • Magnetyczne • Elektroniczne • Sposób komunikacji • Stykowe • Bezstykowe • Rodzaj wbudowanego układu scalonego • Karty pamięci • Karty procesorowe

9. 9 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Biometria • Identyfikatory fizjologiczne • Obraz twarzy • Odciski palców • Geometria dłoni • Obraz tęczówki • Identyfikatory behawioralne • Podpis • Głos

10. Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Rozpoznawanie pisma, głosu i obrazu • OMR (Optical Mark Recognition) • OCR (Optical Character Recogniotion) • ICR (Inteligent Character Recognition) • IWR (Inteligent Word Recognition) • Rozpoznawanie głosu • Rozpoznawanie mowy • Rozpoznawanie głosek • Rozpoznawanie słów • Rozpoznawanie mowy ciągłej • Rozpoznawanie obrazu 10

11. 11 Charakterystyka urządzeń akwizycji informacji do baz danych • Główne komponenty systemów typu DAS (Data Acquisition Systems) • sensory przetwarzające parametry fizyczne na sygnały elektryczne • obwody elektroniczne konwertujące sygnały sensorów do postaci, która może być zamieniona na wartości cyfrowe • przetworniki analogowo-cyfrowe zamieniające sygnał analogowy na cyfrowe wartości • Sposób odczytu danych • Mechaniczne • Optyczne • Magnetyczne • Elektryczne • Radiowe

12. 12 Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi • Otwarty układ sterowania • Urządzenie sterujące nie korzysta z informacjio aktualnym stanie obiektu sterowania • Algorytm sterowania nie uwzględnia bieżących zmian,jakie mogą zachodzić w sterowanym obiekcie • Może być mniej dokładny lub w ogóle możenie doprowadzić do pożądanego stanu obiektu • Zamknięty układ sterowania • Sprzężenie zwrotne zapewnia przepływ informacjiod obiektu sterowania do urządzenia sterującego • Do sprawnego sterowania przestrzennego obiektamimobilnymi niezbędny jest zamknięty układ sterowania

13. 13 Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • Najważniejsze źródła danych przestrzennych • Zdjęcia satelitarne • Zdjęcia lotnicze • Stereoskopowe zdjęcia naziemne • Odbiorniki systemu GPS • Zautomatyzowane stacje pomiarowe • Wyniki pomiarów geodezyjnych • Mapy • Dostępne w internecie geograficzne bazy danych • Relewancja • Ilość • Jakość

14. 14 Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • Funkcje systemu informacji przestrzennej • Wprowadzanie danych • Zarządzanie danymi • Przetwarzanie danych • Udostępnianie danych • Informacje wymagane do osiągnięcia celu • Początkowe położenie obiektu • Droga dotarcia do celu • Pożądane docelowe położenie obiektu • System jest użyteczny wtedy, kiedy zaspokaja potrzeby informacyjne użytkowników

15. 15 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi • System dla niewielkiej grupy użytkowników. Ilość urządzeń wyznaczających położenie znacznie przekroczy ilość urządzeń odczytujących je, dlatego urządzenia wyznaczające położenie powinny być tanie a urządzenia odczytujące jako mniej liczne mogą być kosztowne. • Analiza • Modelowanie • Wariantowanie

16. 16 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • Określanie bieżącego położenia • Wyznaczanie optymalnej trasy od bieżącego położenia do celu • Kierowanie zgodnie z wyznaczoną trasą • Informowanie o obiektach znajdujących się w najbliższym otoczeniu • Działanie w miejscach takich jak przejścia podziemne, dworce, lotniska, itp. • Łatwość obsługi • Przeznaczenie między innymi dla osób z dysfunkcją narządu wzroku • Niski koszt budowy i utrzymania • Interfejs w telefonie komórkowym

17. 17 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd.

18. 18 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd.

19. 19 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd.

20. 20 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • Kody kreskowe 1D • Kody kreskowe 2D • Aktywne RFID • Pasywne RFID • Karty magnetyczne • Karty elektroniczne stykowe • Karty elektroniczne bezstykowe • Biometria • Rozpoznawanie pisma głosu i obrazu

21. 21 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd.

22. 22 Określenie wymagań funkcjonalnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP • Cel satysfakcji (Satisfaction) • Cel informacyjny (Information) • Cel bodziec-reakcja (Stim-response)

23. 23 Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych • Określanie bieżącego położenia użytkownika systemu • Informowanie o obiektach znajdujących się w najbliższym otoczeniu użytkownika systemu • Prezentacja aktualnej listy dostępnych celów • Wyznaczanie trasy od bieżącego położenia do celu wybranego z listy celów • Wyznaczanie trasy z uwzględnieniem preferencji i możliwości użytkownika • Wyznaczanie trasy z uwzględnieniem realnych i wirtualnych ścieżek oraz punktów uwagi • Prowadzenie użytkownika do wybranego celu poprzez wydawanie komend dotyczących dalszego przebiegu wyznaczonej trasy • Ponowne wyznaczanie trasy w przypadku gdy użytkownik zboczy z poprzednio wyznaczonej trasy • Informowanie o osiągnięciu celu • Praca w trybie on-line i off-line

24. 24 Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych cd.

25. 25 Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych cd. • System powinien być funkcjonalny i łatwy w obsłudze również dla osób z dysfunkcją wzroku • Powinien pozwalać na zgromadzenie danych dotyczących obiektów takich jak dworzec, lotnisko, itp. • System powinien działać niezawodnie, tj. być gotowy do wykonywania wszystkich funkcji • Powinien pozwalać na obsługę za pomocą współcześnie produkowanych telefonów komórkowych • Komponenty systemu dostarczane powinny być zgodnie z wcześniej opracowanym harmonogramem • System wykonany powinien być w oparciu o SQLite z przestrzennym rozszerzeniem SpatiaLite • Komponenty powinny spełniać wymagania norm kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) • Możliwość pobierania z zewnętrznych systemów danych dotyczących otoczenia • System nie powinien gromadzić danych dotyczących preferencji użytkownika, które nie są konieczne • System nie powinien przetwarzać ani gromadzić tzw. danych osobowych • Nie powinien przetwarzać ani gromadzić danych niejawnych w rozumieniu zgodnym z ustawą

26. 26 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania • Określenie architektury systemu informatycznego • Określenie aktorów, przypadków użycia i wyznaczenie granic systemu • Utworzenie funkcji dla każdego wyszczególnionego wcześniej wymagania funkcjonalnego • Określenie hierarchii utworzonych funkcji • Zaprojektowanie algorytmu • Określenie przepływu danych • Dekompozycja przepływu

27. 27 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd. • Warstwa danych odpowiadająca za rejestrowanie, przechowywaniei udostępnianie danych. Opiera się o relacyjną bazę danych. • Warstwa logiki odpowiada za przetwarzanie danych i żądańprzychodzących od użytkowników. • Warstwa prezentacji, czyli będący stykiem pomiędzy systemema jego użytkownikami interfejs użytkownika.

28. 28 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd.

29. 29 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd. • Odczyt numeru znacznika • Ustalenie identyfikatora znacznika • Określenie współrzędnych bieżącego położenia • Prezentacja listy dostępnych punktów docelowych • Wybór punktu docelowego • Obliczenie trasy • Prezentacja przebiegu trasy

30. 30 Projekt bazy danych w technologii SIP • Typ obiektu (w tym przypadku LineStringposiadający zawsze tylko dwa punkty,początkowy StartPoint i końcowy EndPoint) • Współrzędne geograficzne punktów obiektu(StartPoint i EndPoint) • SRID

31. 31 Projekt bazy danych w technologii SIP cd. • Powstaje sieć w postaci tabeli o tej samejnazwie z przyrostkiem „_net” • SQLite/SpatiaLite pozwala na wyznaczenienajkrótszej (lub najmniej kosztownej) trasypoprzez zwykłe zapytanie SQL • W warunkach selekcji wystarczy podaćpunkt początkowy (NodeFrom)oraz punkt końcowy (NodeTo)

32. 32 Projekt bazy danych w technologii SIP cd. • Nieregularny kształt wynikaz nieprecyzyjnego określeniawspółrzędnych geograficznych • Różnice pomiędzy faktycznymwymaganym kątem i obliczonymkompensowane będą przezprzyjętą tolerancję • Kąty te to różnice azymutów

33. 33 Projekt bazy danych w technologii SIP cd.

34. 34 Projekt interfejsu użytkownika urządzenia do sterowania obiektem mobilnym • Zawróć • Ponowne obliczanie trasy • Za x metrów skręć w lewo • Teraz skręć w lewo a następnie skręć w lewo • Teraz skręć w lewo a następnie idź prosto • Teraz skręć w lewo a następnie skręć w prawo • Teraz skręć w lewo a następnie cel zostanie osiągnięty • Idź prosto x metrów • Idź dalej prosto a następnie skręć w lewo • Idź dalej prosto a następnie idź prosto • Idź dalej prosto a następnie skręć w prawo • Idź dalej prosto a następnie cel zostanie osiągnięty • Za x metrów skręć w prawo • Teraz skręć w prawo a następnie skręć w lewo • Teraz skręć w prawo a następnie idź prosto • Teraz skręć w prawo a następnie skręć w prawo • Teraz skręć w prawo a następnie cel zostanie osiągnięty • Za x metrów cel zostanie osiągnięty • Cel został osiągnięty

35. 35 Podsumowanie i wnioski • W pracy wykazano, że nawigacja rozpoczyna się od określenia aktualnego położenia, aby następnie wytyczyć drogę do wyznaczonego celu. Z tego powodu zaczęto od zbadania możliwości określania położenia poprzez automatyzację identyfikacji informacji. • Na przykładzie modelu dworca kolejowego Warszawa Centralna zbadano działanie algorytmów obliczania najkrótszej lub najmniej kosztownej ścieżki i dokonano wyboru algorytmu Dijkstry. • Wykonano projekt interfejsu użytkownika • Głównym celem funkcjonalnym pracy było przedstawienie rozwiązań technicznych i opracowanie koncepcji systemu, pozafunkcjonalnym celem było, aby system ten mógł być pomocny przede wszystkim dla osób z dysfunkcją wzroku, tzn. niewidomych i słabowidzących. Oba cele zostały osiągnięte. • Zawartość całej pracy, wyniki przeprowadzonych analiz i płynące z nich wnioski udowadniają założenia postawionej we wstępie hipotezy roboczej. Automatyzacja identyfikacji informacji umożliwia opracowanie systemu, który ułatwi sterowanie obiektami mobilnymi w przestrzeni pozbawionej możliwości korzystania z popularnych systemów nawigacji satelitarnej.

36. Dziękuję za uwagę! 36