Positionierung mit GIS, mobile GIS

1. Fußgängernavigation das Projekt Positionierungmit GIS, mobile GIS

2. Was ist das NEXUS-Projekt ? • instituts - und fakultätsübergreifendes Forschungsprojekt an der Universität Stuttart • Untersuchung von Konzepten und Methoden zur Realisierung einer Plattform für ortsbezogene Anwendungen Einleitung

3. Was sind ortsbezogene Anwendungen ? • Applikation ist jederzeit über die Position eines Nutzers im räumlichen Modell informiert • mobile Nutzer sind “ortsbewußt“ • gezielter Zugriff auf räumliche Daten • Informationen werden entsprechend der Position bereitgestellt Einleitung

4. Problem: durch immer weiter wachsende Datenflut immer schwieriger Daten zu erhalten, die in diesem Moment relevant sind Lösung: Location Based Services (ortsbezogene Dienste) Motivation Motivation

5. Motivatin existierende Anwendungen Insellösungen • eigener Datenbestand • eigene Sensoren • Verfügbarkeit nur für diese Anwendung • Einrichtung neuer ortsbezogener Dienste • hoher Aufwand • Beschränkung der Funktionalität durch vergleichsweise kleinen Datenbestand Problem: Lösung: Nexus

6. gibt Ziel in NEXUS-Station (PDA) ein nimmt Personenleitsystem in Anspruch Was bietet NEXUS ? • Zugriff beliebiger Anwendungen auf ein Modell der Welt Motivation Beispiel: Geschäftsreisender • Sichtbarkeitsbereich einer virtuellen Litfasssäule • Information über Tagungsablauf Hbf Anzeigen aller Restaurants im Umkreis von 500 m Anzeigen der Speisekarte Aktiver Zugriff auf Informationen über Gebäude durch telepointing

7. Augmented World (AW) Wie funktioniert Fußgängernavigation mit NEXUS ? • Repräsentation der realen Welt durch ein räumliches Modell (2D/3D) • Erweiterung der virtuellen Welt durch virtuelle Objekte (Vos) z.B. virtuelle Litfasssäulen (ViLis) das System Datenmodell • augmented world oder augmented reality

8. Augmented World (AW) • ViLis • Aufstellung an beliebigem Ort • festgelegter Sichtbarkeitsbereich • Verfürgbarkeit externer Informationsquellen • Verknüpfung von Informationen mit besimmten Orten • strukturierte Bereitstellung von Informationen Datenmodell

9. Übersicht • Zusammenwirken verschiedener Komponenten Architektur der Plattform

10. User NEXUS-Station mobile Kleinrechner z.BPDA;Notebook... Daten unterschiedliche Applikationen Globale Anwendungen z.B Stadtinformationssysteme Lokale Anwendungen z.B. Messeinformationssysteme Navigation NEXUS Klient / Applikation Sensoren zur Positionierung Komponenten zur Mobilkommunikation User Interface

11. Kommunikation • Regelung des Informationsaustauschs zwischen den zwischen den einzelnen Komponenten bzw. Klienten und Plattform • Unterstützung gängiger Übertragungstechniken • Mobiltelefonnetzen wie GSM • Bluetooth • WLAN (Wireless Local Area Networks) • GPRS (General Packet Radio Service) • UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Kommunik.

12. Sensorsystem • Positionierung von mobilen Objekten in Echtzeit als Vorraussetzung für ortsbewußte Anwendungen • verschiedene Positionierungskomponenten auf Grund unterschiedlicher Einsatzgebiete • multi - sensor tool Sensorsystem

13. indoor outdoor Hauptsensor GPS/DGPS Active Badge System digitaler Schrittzähler Bildinterpretati onsverfahren Stützsensor digitaler Kompass Sensorsystem • multi - sensor tool • Unterscheidung zwischen indoor und outdoor • Sensoren im Außenbereich versagen generell im Innenbereich Sensorsystem

14. Sensorsystem • Weitergabe der Einzelergebnisse an die Datenverwaltung • Aggregation mittels speziellen Integrationsmoduls zu einem einzigen Koordinatenpaar Sensorsystem

15. Sensorsystem • indoor • Infrarot Signale z.B Active Badge System • Funksysteme z.B Blutooth Technology • Video Kameras • Imaging Sensors Sensorsystem

16. Active Badge Systeme • jeder Nutzer erhält eine Active Badge mit einer eindeutigen ID • Funktionsweise entspricht einem Transpondersystem • alle 10 Sekunden Sendung eines Infrarotsignals • Ausstattung jedes Raumes mit ein oder mehr vernetzten Sensoren • Erkennung der Signale • Übermittlung an einen Zentralrechner Sensorsystem

17. Sensor = Empfänger Active Badge = Sender Active Badge System Sensorsystem • Räume sind natürliche Grenzen für IR-Signale • Genauigkeit = Raum

18. Bluetooth Technology • Funksystem • Verwendung des weltweiten lizenzfreien 2.4 GHz Bands • Funkmodul in Nexus - Station integriert • Empfänger sind rasterförmig angebracht (Abstand 10 - 20 m) • garantiert komplette Überdeckung • Datentransfer zwischen bluetooth Empfänger und Nexus Station bis zu einer Distanz von 10 Metern Sensorsystem

19. Bluetooth Technology • automatische Verbindungsherstellung zwischen der Nexus Station des Nutzers und den fest installierten Bluetooth Elementen • Bluetooth Haupstation • kennt Position der Bluetooth Elemente • erkennt welche Nexus Station mit Element kommuniziert • Lokalisierung der Nutzerposition mit Genauigkeit einer Zellengröße (10 m) Sensorsystem

20. Imaging Sensors • Verwendung von Digitalkameras in Verbindung mit Bildinterpretationssystemen Sensorsystem trägt Kamera kodierte Marken

21. Imaging Sensors • 1.Schritt • Verwendung kodierter Marken • räumlicher Rückwertsschnitt • Identifikation und Lokalisierung des Nutzers Sensorsystem

22. Imaging Sensors • 2.Schritt • Identifikation markanter Punkte im Raum z.B. besondere Punkte oder Linien = “tie points“ • Korrelation zur Herstellung des Zusammenhangs zwischen den Merkmalen der realen Objekte und dem Objektmodel • Bestimmung der Orientierung Sensorsystem

23. Video Kameras • fest installierte Kameras • Positionsbestimmung der Person über Bildanalyseverfahren • liefert exakte Positionsinformation Sensorsystem

24. Sensorsystem • Outdoor • DGPS / GPS • Digitalkamera • Digitalkompass • Schrittmesser • GSM (Global System for Mobile Communication) Sensorsystem

25. GPS / DGPS • Hauptsensor zur Lokalisierung • Garmin 25 LP DGPS Empfänger • Nutzung des ALF Dienstes, bereitgestellt von der Deutschen Telekom • Alle 3 Sekunden Sendung von Korrekturdaten über Langwelle (Sendestation Mainflingen) • Reichweite: gesamt Deutschland 600-800 km • DGPS wird realisiert Sensorsystem

26. GPS / DGPS • Genauigkeit abhängig von Distanz zwischen Referenzstation und Empfänger • Positionierungsgenauigkeit im Bereich 2-5 m • Fehler ist linear • Weitere zufällige Fehler z.B. multipath, Interferenzen, andere Fehler in Abhängigkeit von der Sattelitenkonstellation Sensorsystem

27. GPS / DGPS • Genauigkeit um 3 m wurde erreicht • maximaler Fehler von 10 m In manchen Punkten • Zufriedenstellendes Ergebnis • Problem: • Teilweise keine Satellitensichtbarkeit in Städten z.B. Abschirmung durch enge Straßen oder hohe Gebäude • DGPS ist nicht immer einsetzbar • Zusätzliche Systeme sind notwendig z.B. Digitalkompass+Schrittzähler Sensorsystem

28. Digitalkamera • digitale Kamera mit entsprechender Schnittstelle • digitale Übertragung der Daten • neben reinen Bildinformationen werden Blickrichtung, Neigung und Distanz zum Objekt benötigt • integriertes System aus DGPS, Kompass, Neigungs- u. Distanzmesser • Orientierung und Position der Kamera Sensorsystem

29. GSM • Realisiert als zellenförmiges Netzwerk • Indirekte Positionierung • GSM Provider weiß in welcher Zelle sich der Nutzer befindet • Stellt diese Information dem Nutzer zu Verfürgung • Koordinaten jeder Zelle sind bekannt • Position mit einer Genauigkeit von 100 m Sensorsystem

30. Sensorsystem • multi – sensor tool • unterschiedliche Genauigkeiten • Entscheidung für angebrachtesten Sensor in Abhängigkeit vom Zweck • Genauigkeitssteigerung durch Kombination der Ergebnisse basierend auf unterschiedlichen Sensoren • z.B. Kalman Filterung Sensorsystem

31. Fazit NEXUS ist in jeder Hinsicht vielfältig Anmerkungen