Promotor: dr inż. Szymon Supernak

PRACA MAGISTERSKA

Ireneusz BĄCZEWSKI

Automatyzacja identyfikacji informacji do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP

Promotor:dr inż. Szymon Supernak

WARSZAWA 2013

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

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

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

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


i ich przeznaczenie cd.

• Kody kreskowe

– Jednowymiarowe

– Dwuwymiarowe

7



• 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



• 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



• Biometria

– Identyfikatory fizjologiczne

• Obraz twarzy

• Odciski palców

• Geometria dłoni

• Obraz tęczówki

– Identyfikatory behawioralne

• Podpis

• Głos



• 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

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

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


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



• 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

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



• 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

START

Podaj cel

Cel osiągnięty?

STOP

TAK

Obliczenie trasy

Trasa zgodna?NIE

TAK

NIE

17



18



19


do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd.Od Do Waga

6 53 6

6 54 6

46 53 2

47 54 2

53 6 6

53 46 2

53 60 2

54 6 6

54 47 2

54 61 2

60 53 2

61 54 2

20



• 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



22

Określenie wymagań funkcjonalnych do sterowania

przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP

• Cel satysfakcji (Satisfaction)

• Cel informacyjny (Information)

• Cel bodziec-reakcja (Stim-response)

Zakres

Jakość

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


i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych cd.

25


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

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


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


i sterowania cd.

Baza danychProcesy systemowe

Antena

Użytkownik

29


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

Znaczniki

Punkty

Odcinki

Trasa

Sieć

Odczyt znacznika

Antena

Numer znacznikaNumer znacznika

Określenie położenia

ID znacznikaID znacznika

ID znacznika

Współrzędne punktu

Wyznaczanie trasy

Interfejs użytkownika

Bieżące położenieDostępne punkty

Dostępne punkty

Określenie celu

Przebieg trasy Obliczanie ścieżki

Początek i cel

Dostępne odcinki

Przebieg trasy

Przebieg trasy

Dostępne odcinki

Kolejność odcinków

Kolejność odcinków

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

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


• Nieregularny kształt wynikaz nieprecyzyjnego określeniawspółrzędnych geograficznych

• Różnice pomiędzy faktycznymwymaganym kątem i obliczonymkompensowane będą przezprzyjętą tolerancję

• Kąty te to różnice azymutów

33


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

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!

Promotor: dr inż. Szymon Supernak

Documents

Transcript of Promotor: dr inż. Szymon Supernak