Lokation Ude og Inde. Niels Olof Bouvin Institut for Datalogi Aarhus Universitet

Transkript

1 Lokation Ude og Inde 1 Niels Olof Bouvin Institut for Datalogi Aarhus Universitet

2 Oversigt Lokation Lokationsteknikker Lokationssystemer 2

3 Lokation: Kontekst Supreme Kend tid og sted, og meget er muligt - tracking - inskription - interaktion 3

4 Tracking Mulighed for at følge et objekt, et dyr eller en person - navigation - baggage i en lufthavn - en lastbilsflåde - trafikanalyse - unge trafikanter - køer i en stald, kaskelotter i havet, etc etc 4

5 Inskription Geotagging af billeder Geotagging af data generelt? - nyhedshistorier - geotagging af arkæologiske eller paleontologiske fund? Logging af brugeraktivitet - sendte en mail fra dén computer på dét tidspunkt Data indeholder ofte geografisk information - eller kan via tidsstempler samkøres med anden data 5

6 Interaktion Direkte interaktion med systemer - Nintendo Wii, Microsoft XBox Kinect, Sony PS3 Move - Gestusgenkendelse - Præcis tracking til VR/AR applikationer - Motion capture til animation 6

7 Position kan kombineres Kombinationsmuligheder - tid/sted - tid/sted/retning - tid/sted/person - tid/sted/aktivitet - tid/sted/person/aktivitet Kombination af forskellige teknologier kan give forbedret præcision 7

8 sociopatterns.org Rumsensorer Active badges - detekteres af rumsensorer - så rum og tid er kendt (kan matches til konferenceprogrammet) - detekterer andre badges lige i nærheden - dvs. andre folk Herudfra kan man se, hvor folk er til en konference, hvilke foredrag, de går til og hvem de har mødt 8

9 Typer af lokationer Symbolske lokationer - hopper-123, Eiffeltårnet, køkkenet, - Åbogade 34, 8200 Aarhus N, Danmark Fysiske positioner ,27 N, ,62 E Relative positioner m ned af gaden, 20 cm til højre, 9

10 Oversigt Lokation Lokationsteknikker Lokationssystemer 10

11 Positionering Dimensioner - præcision - frekvens - anvendelsesområde - installationskrav - omkostninger 11

12 No silver bullet Der er (endnu?) ikke noget perfekt system - der er mange metoder, der hver har styrker, svagheder og specifikke anvendelser - alt i alt tvivlsomt, at der nogensinde laves et enkelt, perfekt system, men måske kan man kombinere flere tilgange i én løsning (eller i det mindste ét API) 12

13 Generelle koncepter Klientbaserede systemer Netværksbaserede systemer Netværksassisterede systemer 13

14 Klientbaserede systemer Teknik - dimsen finder selv ud af, hvor den er - baseret på signaler udsendt af opstillet udstyr - dimsen skal være smart og skal kunne opfange signalerne Fordele/ulemper - den enkelte dims er relativt kompliceret, muligvis dyr - der kan være mange dimser uden at belaste infrastruktur - dimsen kan holde sin position for sig selv 14

15 Netværksbaserede systemer Teknik - opstillet udstyr følger dimsen - dimsen kan være relativ dum, men det opstillede udstyr skal være smart Fordele/ulemper - billig, når først infrastrukturen er på plads - infrastrukturen kan være omfattende (og dyr) - begrænset antal simultane dimser i bevægelse - systemet ved, hvor dimsen er 15

16 Netværksassisterede systemer Teknik - en kombination af ovenstående - klienten udregner sin position baseret på input og bidrag fra omgivelserne Fordele/ulemper - kan få systemet til at virke bedre (e.g., A-GPS) - svækker privathedsegenskaberne 16

17 Positioneringteknikker Nærhed Trilateration Hyperbolsk lateration Triangulering Fingerprinting Bestiknavigation 17

18 Nærhed Nemt! Baseret på direkte kontakt eller en form for beacon f.eks. IR eller Bluetooth (LE) Kan også være aflæsning som en stregkode på en kuffert i et bagagehåndteringssystem 18

19 Trilateration Hvis man kan måle afstanden til n+1 kendte punkter, kan man bestemme sin egen position i n dimensioner Transmissionstid - lys/lyds hastighed er kendt Signalstyrke - virker fint i vakuum - mindre godt i bygninger 19

20 Hyperbolsk lateration Hvis man kan måle tidsforskellen mellem signalmodtagelsen fra n+1 kendte punkters samtidige transmission, kan man bestemme sin egen position i n dimensioner - her ligger de mulige positioner på hyperbler 20

21 Triangulering α β Hvis man kan måle vinklen af linjer fra sig selv til n kendte punkter, kan man bestemme sin egen position i n dimensioner - klassisk landmålingsteknik med optisk måleudstyr - lidt mere besværlig med radiosignaler - gode direktionelle antenner er typisk ikke kompakte 21

22 Fingerprinting Kortlægger den målte signalstyrke af kendte radiokilder i et område Kræver træning, men er ellers ret solid SSID BSSID (MAC) Signalstyrke Ditte og Peter 00:11:50:C9:07:50-64 skala54zebra78spejl E0:CB:4E:47:EC:0D -82 linksys 00:18:F8:CC:CD:B1-70 belkin54g 00:11:50:45:C5:D1-67 TDC-54EC 00:19:70:1C:C8:CE

23 Bestiksnavigation v Hvis man kender sin oprindelige position, sin retning og hastighed, kan man beregne sin nuværende position - gammel navigationsteknik før sekstant og til overskyet vejr - bruges ofte som supplement, når andre teknikker fejler α 23

24 Oversigt Lokation Lokationsteknikker Lokationssystemer 24

25 Global Positioning System Klientbaseret system - 31 aktive satelitter (i øjeblikket) - udsender periodisk signal med tidspunkt, eget kredsløb og oversigt over de øvrige satelitter - givet signal fra mindst 4 satelitter, kan position beregnes indenfor 10 meter ved hyperbolsk lateration - oprindeligt militært system nu integreret i mange civile aktiviteter Galileo, ГЛОНАСС, COMPASS: Samme princip 25

26 Global Positioning System Svagheder - multipath reflektioner fra bygninger mv - udendørs satelitterne skal helst være line-of-sight - atmosfæriske forstyrrelse i ionosfæren Variationer - differentiel GPS supplér med kendte jordstationer - assisted GPS få info om synlige satelitter fra GSM mast 26

27 Active Badges Badge udsender globalt unikt id (GUID) via IR til opstillet modtager Netværksbaseret Modtagernes data samles centralt Glimrende til tracking i lokaler Præcision: Ca. et lokale af gangen 27

28 Active Bat Badge udsender ultralydssignaler, der opfanges af (flere) præcist opsatte sensorer Radiosignaler synkroniserer lydudsendelser Herudfra kan positionen beregnes Præcision: ~3 cm Oplysninger samles centralt - netværksbaseret 28

29 Cricket Ultralyd- og radiosignaler udsendes af beacons (metadata kan inkluderes) Crickets modtager signalerne og beregner deres egen position Præcision: ~3 cm - klientbaseret 29

30 UbiSense Kommercielt netværksbaseret system, der benytter to radiofrekvenser - en til koordinering - en højfrekvent til tidsforskel og vinkel Præcision: ~15 cm 30

31 RADAR Baseret på trådløst netværk/fingerprinting Trådløse dimser måler signalstyrken fra omgivne access points Præcision: ~3 meter Dimsen måler, men hvor er databasen? - ss. netværksassisteret 31

32 Wigle.net Åben war driving platform - kortlægning af WiFi APs position - Android app til kortlægning og visning - SSIDs nemmere end GPS i storbyer Kommercielle versioner - Skyhook, Google Maps, - kan opdateres løbende af klienter 32

33 MotionStar Bruges til motion capture Påsatte sensorer udsender magnetiske signaler, der opfanges af opsat antenne Præcision: <1 mm, 1 millisekund opløsning indenfor opstillingen Dyrt! 33

34 Powerline Positionering System, der udnytter eksisterende ledningsnet i bygninger 2 moduler per 1000 m² - hvert modul udsender et kontinuert signal - ledningsnettet tjener som antenne - man kortlægger herefter hele bygningen Præcision: ~70 cm 34

35 ActiveFloor Trykfølere installeret i gulvet følger folk Diskret, men kræver megen installation Kan identificere folk på deres unikke tråd 35

36 ibeacon / Bluetooth Low Energy Location service baseret på Bluetooth 4.0 Low Energy - Understøttet af ios, Windows Mobile, Android - BLE er særdeles energieffektiv - et batteridrevet beacon can angiveligt køre i flere år Udsender GUID, som findes i centrale databaser - opløsning: ~2 m 40 m Tiltænkt indendørs brug, f.eks. butikker, o.lign. 36

37 Andre metoder Lufttryksændringer - primitive: indbrudsalarmer - avancerede: Airbus analyserer subtile trykforskelle Kameratracking IR bevægelsessensorer Kapacitans 37

38 Make Weekend Projects: a touchless 3D tracking interface 38

39 Opsamling Der er typisk ikke ét rigtigt positioneringssystem - GPS, Galileo, etc. er gode, men problematiske indendørs - specialiserede systemer kan være glimrende indendørs, men dyre eller for begrænsede mht. anvendelseområde - behov varierer er det vigtigt med cm-præcision, eller kan bygning gøre det? Er position nødvendig få, mange eller alle steder? Moderne dimser (smartphones) benytter flere positioneringssystemer simultant 39