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.

1. Location, why and how
LBS Research @ CRS4

2.
A location-based service (LBS):
Servizio d'informazione o
d'intrattenimento accessibile
attraverso un device mobile che
sfrutta la posizione dell'utente per
ottenere 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. WAZE
Nato in Israele (80 dipendenti)
Navigatore social, sempre aggiornato dagli utenti
App: 12 milioni di download
Fund 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
Cos'è?

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 l'almanacco (info sulla costellazione dei
satelliti)
• Warm:
• Conosce la posizione con un errore di 100Km
• Ha già l'almanacco
• Scarica le effemeridi.
• Hot or standby:
• Conosce la posizione
• Ha l'almanacco e le effemeridi

18. Spazio, ultima frontiera

20. GPS is broken indoor

22. Nel futuro ci saranno gli
Pseudolites = Pseudo Satellites
Problema: interferenza tra segnale del pseudolite e quello del satellite

23. Dead reckoning
where I'll be in 1 second?
where I was 1
second ago

24. As each estimate of
position is relative
to the previous one,
errors are
cumulative.

25. 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
posizione
Alberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011

26. How to detect a step

27. Accelerometri
http://www.youtube.com/watch?v=KZVgKu6v808

28. How to detect a step

29. Compass dell'iPhone
effetto Hall

30. I codici a barre 2D
• Barcode + Server:
Ricavare i dati sulla
posizione (nota) dell’utenteURL JSON
Dati
JPG
Dati
posizione
Alberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011

31. Posizionamento mediante
QR
Alberto Serra – CRS4 Notte dei ricercatori – Cagliari 23 Settembre 2011

32.
Checkpoint + Compass + Step detection
video di alberto
http://www.youtube.com/watch?v=HTZFRDBdQck

34. Problemi ...
Errore della bussola
Falso positivo del passo
Attraversamento dei muri

35. Errore Bussola
Campi magnetici di
errore:
apparecchi elettrici,
dischi computer,
altri telefoni cell

36. 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)

37. Giroscopio
Data 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.

38. Come caratterizzare l'errore

39. L’errore medio rilevato nelle diverse sessioni di test è dell'ordine 0,1%

42. 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)

43. Trattazione semplificata 3x3
al checkpoint so che la p(x,y) è
distribuita come in figura

44. Trattazione semplificata 3x3
al 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) +...

45. Stima di posizione = casella con probabilità max

46. Filtro Bayesiano Ricorsivo
ricalcola la stima della posizione in un sistema di coordinate
sulla base dei dati forniti dai sensori

47. Dalla mappa alla griglia

48. 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 un'area 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

49. Algoritmo della distanza
Dati 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

50. In alternativa ...
Scegli ad esempio 3 vettori x1,x2, x3
del training set che hanno la distanza
Lp minima rispetto a y
Prendi le loro posizioni p1,p2,p3 e
calcola il baricentro
Il baricentro è la tua stima

51. dBm
RSS è un vettore di valori dBm
0 dBm = 1mW
10dBm = 10mW potenza di tx di
un laptop
-50dBm = 10nW potenza in rx
massima
-90dBm = 1pW potenza in rx
minima

52. Position is
Not Enough

53. to go where we need to go, where we need to go?

54. Mappa

55. Dalla mappa al grafo
Se ho il grafo posso usare l'algoritmo per il cammino minimo

56. 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.

57. Davide Carboni
LBS research @ CRS4
dcarboni@crs4.it
http://geoweb.crs4.it

58. Domande?