Định vị đa người dùng sử dụng cảm biến không dây và cảm biến quán tính trên điện thoại thông minh

Tổng quan về định vị trong nhà. Định vị bằng phương pháp dấu vân tay Wifi. Định vị sử dụng cảm biến quán tính. Kết hợp kết quả hai phương pháp định vịTổng quan về định vị trong nhà. Định vị bằng phương pháp dấu vân tay Wifi. Định vị sử dụng cảm biến quán tính. Kết hợp kết quả hai phương pháp định vị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NAM - NGUYỄN VĂN NAM NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỊNH VỊ ĐA NGƯỜI DÙNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY VÀ CẢM BIẾN QN TÍNH TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHỐ 2017-2018 Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NAM ĐỊNH VỊ ĐA NGƯỜI DÙNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CẢM BIẾN QN TÍNH TRÊN ĐIỆN THOẠI THƠNG MINH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐÀO TRUNG KIÊN TS NGUYỄN THANH HƯỜNG Hà Nội – Năm 2018 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Văn Nam, mã học viên CBC17023, học viên lớp cao học ĐL&HTĐK03 Sau thời gian học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô trường Bách Khoa Hà Nội, Viện nghiên cứu quốc tế thông tin đa phương tiện truyền thông ứng dụng MICA đặc biệt giúp đỡ hai giáo viên hướng tơi: TS Đào Trung Kiên, TS Nguyễn Thanh Hường, đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học Tôi định chọn đề tài tốt nghiệp “Định vị đa người dùng sử dụng cảm biến không dây cảm biến qn tính điện thoại thơng minh” Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn TS Đào Trung Kiên, TS Nguyễn Thanh Hường tham khảo tài liệu liệt kê Tôi không chép cơng trình cá nhân khác hình thức Nếu có tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm Người cam đoan Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin cám ơn Thầy TS Đào Trung Kiên, Cô TS Nguyễn Thanh Hường tận tình hướng dẫn bảo từ định hướng đề tài đến việc tiếp cận khai thác tài liệu tham khảo trình tơi viết luận văn Tơi xin cám ơn thầy cô, anh chị viện nghiên cứu quốc tế thông tin đa phương tiện truyền thông ứng dụng MICA tạo điều kiện thuận lợi cho mặt thời gian thiết bị trình hồn thành luận văn báo cáo Cuối tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn gia đình, thầy giáo, bạn lớp cao học ủng hộ động viên suốt trình làm luận văn Tác giả luận văn Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN .2 MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU 10 Lý chọn đề tài 10 Mục tiêu nội dung nghiên cứu .11 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ 12 Giới thiệu chung .12 Các công nghệ kỹ thuật định vị 12 2.1 Công nghệ sử dụng 12 2.2 Kỹ thuật định vị .21 Định vị điện thoại thông minh 29 Nhận xét 31 CHƯƠNG : ĐỊNH VỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẤU VÂN TAY WI-FI .32 Cấu trúc hệ thống thuật toán 32 1.1 Giai đoạn huấn luyện .33 1.2 Giai đoạn định vị 35 1.3 Thuật toán K-Nearest Neighbor (KNN) 36 Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa 1.4 Thuật tốn Random Forest (RF) 37 Phần mềm thu thập liệu ngữ cảnh người dùng 39 2.1 Thiết kế phần mềm thu thập liệu Android 39 2.2 Xây dựng cài đặt .40 Kết thử nghiệm 42 3.1 Dữ liệu sử dụng .42 3.2 Xử lý liệu 46 3.3 Xác định tầng 49 3.4 Xác định vị trí 52 Nhận xét 56 CHƯƠNG : ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG CẢM BIẾN QUÁN TÍNH 57 Hệ thống SHS 57 1.1 Xác định khoảng cách di chuyển 58 1.2 Xác định hướng di chuyển 59 1.3 Xác định quỹ đạo sử dụng lọc hạt 64 Kết thử nghiệm 64 2.1 Dữ liệu sử dụng .64 2.2 Khoảng cách di chuyển 65 2.3 Hướng di chuyển 68 2.4 Quỹ đạo di chuyển 69 Nhận xét 71 CHƯƠNG : KẾT HỢP KẾT QUẢ HAI PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ .72 Hiệu chỉnh trực tiếp 72 Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mơ hình quan sát 75 Đánh giá kết .77 Nhận xét 81 KẾT LUẬN .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên thuật ngữ LBS Location Based Service IPS Indoor Positioning System GPS Global Positioning System IPIN Indoor Positioning and Indoor Navigation SSID Service Set Identifier MAC Media Access Control AP Access Point RP Reference Point BLE Bluetooth Low Energy IMU Inertial Measurement Units PDR Pedestrian Dead Reckoning INS Inertial Navigation System SHS Step Heading System TOA Times of Arrival TDOA Time Difference of Arrival AOA Angle of Arrival RSS Received Signal Strength RSSI Received Signal Strength Indicator KNN K Nearest Neighbors RF Random Forest ACCE Accelerometer MAGN Magnetic GYRO Gyroscope Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Một số nghiên cứu định vị nhà điện thoại thông minh .30 Bảng 2-1: Bộ liệu với đặc tính thơ RSS điểm truy cập 38 Bảng 2-2: Thông tin số điểm truy cập Wi-Fi .45 Bảng 2-3: Thông tin số điểm mốc quỹ đạo di chuyển .45 Bảng 2-4: Dữ liệu huấn luyện UAH 45 Bảng 2-5: Dữ liệu đánh giá tòa UAH 46 Bảng 2-6: Dữ liệu tòa UAH 49 Bảng 2-7: Kết đánh giá mơ hình 51 Bảng 2-8: Kết xác định vị trí liệu huấn luyện liệu đánh giá 56 Bảng 3-1: Kết thử nghiệm quỹ đạo di chuyển 70 Bảng 4-1: Kết hai phương pháp kết hợp 78 Bảng 4-2: Kết Track 3: “Smartphone-based (off-site), IPIN 2016 81 Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS 14 Hình 1-2: Hai hướng tiếp cận hệ thống Pedestrian Dead Reckoning .18 Hình 1-3: Định vị dựa phương pháp TOA [11] 22 Hình 1-4: Định vị dựa phương pháp TDOA [12] 23 Hình 1-5: Định vị dựa phương pháp AOA [12] 24 Hình 1-6: Định vị dựa phương pháp RSS Path Loss [11] 25 Hình 1-7: Mơ hình giám sát điểm truy cập không dây [14] 28 Hình 2-1: Cấu trúc hệ thống định vị phương pháp dấu vân tay Wi-Fi 32 Hình 2-2: Lưu đồ minh họa giai đoạn huấn luyện 34 Hình 2-3: Minh họa trình thu thập liệu [25] 34 Hình 2-4: Lưu đồ minh họa giai đoạn định vị 36 Hình 2-5: Một định với hai nút nội ba nút 38 Hình 2-6: Nhiệm vụ ứng dụng thu thập liệu ngữ cảnh người dùng 39 Hình 2-7: Thiết kế chương trình thu thập liệu ngữ cảnh người dùng 40 Hình 2-8: Giao diện chương trình .41 Hình 2-9: Dữ liệu thu thập lưu trữ dạng tập tin XML .42 Hình 2-10: Bốn tòa nhà sử dụng Track 3, IPIN 2016 43 Hình 2-11: Một phần quỹ đạo di chuyển liệu UAH 44 Hình 2-12: Phân bố giá trị RSS dựa liệu thu thập 47 Hình 2-13: Kết đánh giá mơ hình KNN thay đổi giá trị K 49 Hình 2-14:Kết đánh giá mơ hình RF thay đổi số mơ hình 50 Trang Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa [21] D a A M Luca, Towards accurate indoor localization using iBeacons, fingerprinting and particle filering, no In International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2016 IEEE, 2016 [22] R Z S H Q Xu, IDyLL: indoor localization using inertial and light sensors on smartphones, no Proceedings of the 2015 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing, pp 307-318, 2015 [23] U Steinhoff and B Schiele, Dead reckoning from the pocket - An experimental study, no IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications (PerCom), pp 162-170, 2010 [24] A Taheri, A Singh and A Emmanuel, Location fingerprinting on infrastructure 802.11 wireless local area networks (WLANs) using Locus, no Local Computer Networks, 2004 29th Annual IEEE International Conference on, p 676–683, 2004 [25] S He and S.-H G Chan, Wi-Fi Fingerprint-Based Indoor Positioning: Recent Advances and Comparisons, vol 18, no IEEE Communications Surveys & Tutorials, pp 466 - 490, 2015 [26] N Marques, F Meneses and A Moreira, Combining similarity functions and majority rules for multi-building, multi-floor, WiFi positioning, no International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN) , pp 1-9, 2012 [27] M B Kjærgaard and C V Munk, Hyperbolic Location Fingerprinting: A Calibration-Free Solution for Handling Differences in Signal Strength (concise contribution), no 2008 Sixth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications (PerCom) , pp 110-116, 2008 [28] P B a V Padmanabhan, RADAR: an in-building RF-based user location and, no Proceedings of IEEE INFOCOM, p 775–784, 2000 Trang 86 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa [29] Y L a Y Jeon, Random forests and adaptive nearest neighbors, vol 101, no Journal of the American Statistical Association, pp 578-590 , 2006 [30] J Quinlan, Induction of Decision Trees, vol 1, no Machine Learning, p 81–106, 1986 [31] J F R O C S L Breiman, Classification and regression trees, no CRC press, 1984 [32] V M N Passaro, The Smartphone-Based Offline Indoor Location Competition at IPIN 2016: Analysis and Future Work, 2017 [33] S Knauth and A Koukofikis, Smartphone positioning in large environments by sensor data fusion, particle, no In Proceedings of the Seventh International Conference on Indoor Positioning and Indoor, 2016 [34] A Moreira, M Nicolau, A Costa and F Meneses, Indoor tracking from multidimensional sensor data, no In Proceedings of the Seventh International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN 2016), 2016 [35] V Ta, D Vaufreydaz, T Dao and E Castelli, Smartphone-based User Location Tracking in Indoor Environment, no In Proceedings of the Seventh International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN 2016), 2016 [36] T Fetzer, F Ebner, F Deinzer, L Köping and M Grzegorzek, On Monte Carlo Smoothing in Multi Sensor Indoor Localisation, no In Proceedings of the Seventh International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN 2016), 2016 Trang 87 ...G : ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG CẢM BIẾN QUÁN TÍNH Ngày nay, cảm biến gia tốc, cảm biến quay hồi chuyển cảm biến từ tính tích hợp rộng rãi vào điện thoại thơng minh máy tính bảng Bên cạnh hệ thống định v...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NAM ĐỊNH VỊ ĐA NGƯỜI DÙNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CẢM BIẾN QUÁN TÍNH TRÊN ĐIỆN THOẠI THƠNG MINH Chun ngành:... nguời để tận dụng thơng tin để trở thành thơng tin có ích với xác định vị trí Vì lựa chọn đề tài: ? ?Định vị đa người dùng sử dụng cảm biến không dây cảm biến qn tính điện thoại thơng minh? ?? nhằm