Réalisation d'un système de navigation ubiquiste sur
Android
Mouna ALBACCOUCH
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Présentation PFE: réalisation d'un système de navigation ubiquiste sur Android

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Ce travail s’inscrit dans le cadre de projet de fin d’étude à l’école nationale des sciences de l’informatique qui consiste à développer un système de navigation en intérieur sur Android.
Une partie de l’ENSI est choisie comme une zone d’étude. Le GPS, bien qu’il est largement utilisé pour la navigation à l’extérieur, il n’est pas opérable dans les environnements construits. Le Wi-Fi est la solution alternative adoptée dans ce projet en utilisant la technique RSS fingerprinting. Des tests expérimentaux sur les algorithmes d’apprentissage Nearest-Neighbor (NN), K-Nearest Neighbor (KNN) et Weighted-KNN nous ont permis de proposer une modification de NN bien adoptée pour le positionnement sur les deux étages. Nous avons aussi proposé une cartographie ubiquiste en s’appuyant sur l’API Google Maps.

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Présentation PFE: réalisation d'un système de navigation ubiquiste sur Android

  1. 1. Réalisation d'un système de navigation ubiquiste sur Android Mouna ALBACCOUCH Ecole Nationale des Sciences de l'Informatique encadré par : Mme. Faiza NAJJAR Laboratoire COSMOS de l'ENSI 30 Septembre 2015
  2. 2. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Table des matières I 1 Présentation du contexte Contexte global Motivation Problématique Contribution 2 Étude préalable Technologies de positionnement Techniques de positionnement 3 Développement du prototype Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Mouna ALBACCOUCH 2/29
  3. 3. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Table des matières II 4 Évaluation et retours 5 Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives Mouna ALBACCOUCH 3/29
  4. 4. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Mouna ALBACCOUCH 4/29
  5. 5. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Fort intérêt pour les services dépendants de la localisation (intérieur) Mouna ALBACCOUCH 4/29
  6. 6. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Fort intérêt pour les services dépendants de la localisation (intérieur) Mouna ALBACCOUCH 4/29
  7. 7. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Fort intérêt pour les services dépendants de la localisation (intérieur) Mouna ALBACCOUCH 4/29
  8. 8. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Fort intérêt pour les services dépendants de la localisation (intérieur) Mouna ALBACCOUCH 4/29
  9. 9. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (1/2) Fort intérêt pour les services dépendants de la localisation (intérieur) Figure: Diversités de services dépendants de la localisationMouna ALBACCOUCH 4/29
  10. 10. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (2/2) Atténuation des signaux GPS dans les environnements construits. Mouna ALBACCOUCH 5/29
  11. 11. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contexte global (2/2) Atténuation des signaux GPS dans les environnements construits. Mouna ALBACCOUCH 5/29
  12. 12. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Motivation (1/2) Motivation De nombreux systèmes de positionnement existent Avec leurs avantages et leurs limites Souvent dédié à un type dapplication bien particulier Mouna ALBACCOUCH 6/29
  13. 13. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Motivation (1/2) Motivation De nombreux systèmes de positionnement existent Avec leurs avantages et leurs limites Souvent dédié à un type dapplication bien particulier Pas de service de positionnement universel Mouna ALBACCOUCH 6/29
  14. 14. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Motivation (1/2) Motivation De nombreux systèmes de positionnement existent Avec leurs avantages et leurs limites Souvent dédié à un type dapplication bien particulier Pas de service de positionnement universel Des applications de plus en plus critiques! Mouna ALBACCOUCH 6/29
  15. 15. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Motivation (1/2) Motivation De nombreux systèmes de positionnement existent Avec leurs avantages et leurs limites Souvent dédié à un type dapplication bien particulier Pas de service de positionnement universel Des applications de plus en plus critiques! Prolifération du marché des smartphones dans le grand public. Mouna ALBACCOUCH 6/29
  16. 16. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Motivation (2/2) Figure: Livraisons mondiales de smartphones de 2010 à 2015 (millions d'unités) Source IDC - via ZDNet.fr/chires-cles Mouna ALBACCOUCH 7/29
  17. 17. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Problématique Mouna ALBACCOUCH 8/29
  18. 18. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Problématique Mouna ALBACCOUCH 8/29
  19. 19. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Problématique Problématique : localiser et naviguer à l'intérieur du bâtiment. continuité de service de positionnement pendant la navigation de l'extérieur à l'intérieur. continuité de service de localisation à l'intéreur du bâtiment. Mouna ALBACCOUCH 8/29
  20. 20. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contribution Contribution : la base de données n'est pas mise à disposition sur un serveur, elle est locale à l'application et donc l'utilisateur n'a pas besoin de connexion. Mouna ALBACCOUCH 9/29
  21. 21. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contribution Contribution : la base de données n'est pas mise à disposition sur un serveur, elle est locale à l'application et donc l'utilisateur n'a pas besoin de connexion. proposition d'un algorithme de positionnement permettant une localisation sur deux étages. Mouna ALBACCOUCH 9/29
  22. 22. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Contexte global Motivation Problématique Contribution Contribution Contribution : la base de données n'est pas mise à disposition sur un serveur, elle est locale à l'application et donc l'utilisateur n'a pas besoin de connexion. proposition d'un algorithme de positionnement permettant une localisation sur deux étages. une cartographie ubiquiste sur Google Maps. Mouna ALBACCOUCH 9/29
  23. 23. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Technologies de positionnement Mouna ALBACCOUCH 10/29
  24. 24. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Technologies de positionnement Mouna ALBACCOUCH 10/29
  25. 25. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Technologies de positionnement Mouna ALBACCOUCH 10/29
  26. 26. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Technologies de positionnement Technologie choisie : le Wi-Fi L'infrastructure Wi-Fi est déjà existante à l'ENSI et elle garantie une précision acceptable. Mouna ALBACCOUCH 10/29
  27. 27. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Mouna ALBACCOUCH 11/29
  28. 28. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Cell ID Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Mouna ALBACCOUCH 11/29
  29. 29. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Cell ID mesure de distance : ToA, TDoA, RSS Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Mouna ALBACCOUCH 11/29
  30. 30. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Cell ID mesure de distance : ToA, TDoA, RSS mesure d'Angle : AoA Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Mouna ALBACCOUCH 11/29
  31. 31. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Cell ID mesure de distance : ToA, TDoA, RSS mesure d'Angle : AoA Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Phase hors ligne (oine) : construire une base de données des empreintes digitales (ngerprint) Mouna ALBACCOUCH 11/29
  32. 32. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (1/2) RSS ngerprinting Cell ID mesure de distance : ToA, TDoA, RSS mesure d'Angle : AoA Technique choisie : RSS ngerprinting Comporte deux phases : Phase hors ligne (oine) : construire une base de données des empreintes digitales (ngerprint) Phase en ligne (online) : mesurer les RSS et les comparer avec les RSS enregistrés dans la base de données. Mouna ALBACCOUCH 11/29
  33. 33. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Technologies de positionnement Techniques de positionnement Techniques de positionnement (2/2) Figure: La technique de localisation par RSS ngerprinting Mouna ALBACCOUCH 12/29
  34. 34. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Analyse des besoins (1/2) Identication des acteurs Après avoir étudié les diérentes interactions internes et externes du système nous avons jugé nécessaires un seul acteur qui est l'utilisateur de l'application ayant besoin de naviguer d'un emplacement vers un autre sans connaitre le chemin. Mouna ALBACCOUCH 13/29
  35. 35. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Analyse des besoins (2/2) Figure: Diagramme des cas d'utilisation Mouna ALBACCOUCH 14/29
  36. 36. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Modélisation du système Figure: Décomposition en des modules Mouna ALBACCOUCH 15/29
  37. 37. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module cartographie Mouna ALBACCOUCH 16/29
  38. 38. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module interface utilisateur Figure: Diagramme de classes du module interface utilisateur Mouna ALBACCOUCH 17/29
  39. 39. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module base de données (1/2) Figure: Étapes de préparation de la base de données Mouna ALBACCOUCH 18/29
  40. 40. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module base de données (2/2) Figure: Diagramme de classes du module de base de données Mouna ALBACCOUCH 19/29
  41. 41. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (1/3) Algorithmes de positionnement : Algorithmes déterministes : KNN : K Nearest Neighbor (cas où K = 1 et K = 5) WKNN : weighted KNN FNN : Floor NN, c'est l'algorithme proposé. Mouna ALBACCOUCH 20/29
  42. 42. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (1/3) Algorithmes de positionnement : Algorithmes déterministes : KNN : K Nearest Neighbor (cas où K = 1 et K = 5) WKNN : weighted KNN FNN : Floor NN, c'est l'algorithme proposé. FNN permet de mieux diérencier entre les deux étages. Mouna ALBACCOUCH 20/29
  43. 43. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (1/3) Algorithmes de positionnement : Algorithmes déterministes : KNN : K Nearest Neighbor (cas où K = 1 et K = 5) WKNN : weighted KNN FNN : Floor NN, c'est l'algorithme proposé. FNN permet de mieux diérencier entre les deux étages. Tels algorithmes sont fondés sur le calcul de la distance euclidienne. Mouna ALBACCOUCH 20/29
  44. 44. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (2/3) Étant donnés le vecteur R(RSS1, ..., RSSn) de mesures réelles RSS et le vecteur Pj (RSS1j , ..., RSSnj ), la distance euclidienne dj séparant deux vecteurs de mesures RSS est donnée par la formule : Mouna ALBACCOUCH 21/29
  45. 45. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (2/3) Étant donnés le vecteur R(RSS1, ..., RSSn) de mesures réelles RSS et le vecteur Pj (RSS1j , ..., RSSnj ), la distance euclidienne dj séparant deux vecteurs de mesures RSS est donnée par la formule : Mesure RSS de vecteur Pj dj = n i=1 ( RSSij + RSSi )2 (1) Mouna ALBACCOUCH 21/29
  46. 46. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (2/3) Étant donnés le vecteur R(RSS1, ..., RSSn) de mesures réelles RSS et le vecteur Pj (RSS1j , ..., RSSnj ), la distance euclidienne dj séparant deux vecteurs de mesures RSS est donnée par la formule : Mesure RSS de vecteur Pj dj = n i=1 ( RSSij + RSSi )2 (1) Mesure RSS de vecteur R Mouna ALBACCOUCH 21/29
  47. 47. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation des modules : module localisation (3/3) Figure: Diagramme de classes du module localisation Mouna ALBACCOUCH 22/29
  48. 48. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation de modules : module navigation (1/2) Le module de navigation s'appuit sur deux principales fonctions : une fonction de calcul d'itinéraires : algorithme de Dijkstra. Mouna ALBACCOUCH 23/29
  49. 49. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation de modules : module navigation (1/2) Le module de navigation s'appuit sur deux principales fonctions : une fonction de calcul d'itinéraires : algorithme de Dijkstra. une fonction de map-matching Mouna ALBACCOUCH 23/29
  50. 50. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Implémentation de modules : module navigation (1/2) Mouna ALBACCOUCH 24/29
  51. 51. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Description du prototype nal Figure: Page d'Acceuil Les fonctionnalités du système sont : achage de plans d'intérieur de deux étages (bouton (4) et (5)) Mouna ALBACCOUCH 25/29
  52. 52. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Description du prototype nal Figure: Page d'Acceuil Les fonctionnalités du système sont : achage de plans d'intérieur de deux étages (bouton (4) et (5)) navigation et guidage de l'utilisateur (bouton (2)) Mouna ALBACCOUCH 25/29
  53. 53. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Description du prototype nal Figure: Page d'Acceuil Les fonctionnalités du système sont : achage de plans d'intérieur de deux étages (bouton (4) et (5)) navigation et guidage de l'utilisateur (bouton (2)) la localisation de l'utilisateur (bouton (1)) Mouna ALBACCOUCH 25/29
  54. 54. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Analyse des besoins Modélisation du système Implémentation des modules Description du prototype nal Description du prototype nal Figure: Page d'Acceuil Les fonctionnalités du système sont : achage de plans d'intérieur de deux étages (bouton (4) et (5)) navigation et guidage de l'utilisateur (bouton (2)) la localisation de l'utilisateur (bouton (1)) la localisation de points d'intérêts (bouton (3)) Mouna ALBACCOUCH 25/29
  55. 55. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Les points forts du système sont : Le système fonctionne en temps réel. Il calcule la position chaque seconde. Le système permet de localiser l'utilisateur sur les deux étages avec quelques restrictions notamment à coté de l'escalier Mouna ALBACCOUCH 26/29
  56. 56. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Les points forts du système sont : Le système fonctionne en temps réel. Il calcule la position chaque seconde. Le système permet de localiser l'utilisateur sur les deux étages avec quelques restrictions notamment à coté de l'escalier Les points faibles du système sont : Le système a connu des problèmes de map-matching. L'algorithme n'a pas fonctionné de la façon prévue, il a donné juste les résultats de l'appariement point à point tout en ignorant l'appariement point-arête. Ce problème n'est pas causé par l'algorithme lui même mais par la librairie Google Maps Android API Utility Library. la précision du positionnement pour la navigation est faible. Mouna ALBACCOUCH 26/29
  57. 57. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives découvrir le domaine de la recherche scientique Mouna ALBACCOUCH 27/29
  58. 58. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives découvrir le domaine de la recherche scientique découvrir le domaine de la navigation et du positionnement en intérieur Mouna ALBACCOUCH 27/29
  59. 59. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives découvrir le domaine de la recherche scientique découvrir le domaine de la navigation et du positionnement en intérieur beaucoup de charge de travail Mouna ALBACCOUCH 27/29
  60. 60. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives découvrir le domaine de la recherche scientique découvrir le domaine de la navigation et du positionnement en intérieur beaucoup de charge de travail problème de cartographie de plans d'intérieur Mouna ALBACCOUCH 27/29
  61. 61. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives Perspectives Ajout d'un algorithme de commutation de technologies de positionnement à l'intérieur et à l'extérieur. Mouna ALBACCOUCH 28/29
  62. 62. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives Perspectives Ajout d'un algorithme de commutation de technologies de positionnement à l'intérieur et à l'extérieur. Proter des capteurs intégrés aux smartphones an de raner la précision des résultats retourné par la technique RSS ngerprinting. Mouna ALBACCOUCH 28/29
  63. 63. Présentation du contexte Étude préalable Développement du prototype Évaluation et retours Conclusions et perspectives Conclusions Perspectives Perspectives Ajout d'un algorithme de commutation de technologies de positionnement à l'intérieur et à l'extérieur. Proter des capteurs intégrés aux smartphones an de raner la précision des résultats retourné par la technique RSS ngerprinting. Ajout d'une deuxième technologie de positionnement à l'intérieur des salles. Mouna ALBACCOUCH 28/29
  64. 64. Merci pour votre attention Contact : mouna.albaccouch@gmail.com

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