Automatyzacja identyfikacji informacji do sterowania przestrzennego
advertisement
PRACA MAGISTERSKA Ireneusz BĄCZEWSKI Automatyzacja identyfikacji informacji do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP Promotor: dr inż. Szymon Supernak WARSZAWA 2013 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 2 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. 3 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. 4 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 5 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Kody kreskowe – Jednowymiarowe – Dwuwymiarowe 6 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • 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 7 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • 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 8 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • Biometria – – Identyfikatory fizjologiczne • Obraz twarzy • Odciski palców • Geometria dłoni • Obraz tęczówki Identyfikatory behawioralne • Podpis • Głos 9 Przegląd wybranych systemów klasy Auto ID i ich przeznaczenie cd. • 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 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 11 Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi • • Otwarty układ sterowania – Urządzenie sterujące nie korzysta z informacji o aktualnym stanie obiektu sterowania – Algorytm sterowania nie uwzględnia bieżących zmian, jakie mogą zachodzić w sterowanym obiekcie – Może być mniej dokładny lub w ogóle może nie doprowadzić do pożądanego stanu obiektu Zamknięty układ sterowania – Sprzężenie zwrotne zapewnia przepływ informacji od obiektu sterowania do urządzenia sterującego – Do sprawnego sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi niezbędny jest zamknięty układ sterowania 12 Badanie potrzeb informacyjnych 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 13 Badanie potrzeb informacyjnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • • • 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 14 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 15 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. START • 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 Podaj cel NIE Obliczenie trasy TAK Cel osiągnięty? NIE Trasa zgodna? TAK STOP 16 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. 17 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. 18 Koncepcja systemu informatycznego i technologii 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 19 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. • Kody kreskowe 1D • Kody kreskowe 2D • Aktywne RFID • Pasywne RFID • Karty magnetyczne • Karty elektroniczne stykowe • Karty elektroniczne bezstykowe • Biometria • Rozpoznawanie pisma głosu i obrazu 20 Koncepcja systemu informatycznego i technologii do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi cd. 21 Określenie wymagań funkcjonalnych do sterowania przestrzennego obiektami mobilnymi w technologii SIP Cel informacyjny (Information) • Cel bodziec-reakcja (Stim-response) s • żet C za Cel satysfakcji (Satisfaction) d Bu • Zakres Jakość 22 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 23 Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i pozafunkcjonalnych obiektów mobilnych cd. 24 Specyfikacja wymagań funkcjonalnych 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 25 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 26 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd. • Warstwa danych odpowiadająca za rejestrowanie, przechowywanie i udostępnianie danych. Opiera się o relacyjną bazę danych. • Warstwa logiki odpowiada za przetwarzanie danych i żądań przychodzących od użytkowników. • Warstwa prezentacji, czyli będący stykiem pomiędzy systemem a jego użytkownikami interfejs użytkownika. 27 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd. Antena Użytkownik Procesy systemowe Baza danych 28 Analiza funkcjonalna systemu identyfikacji informacji i sterowania cd. Antena Numer znacznika Numer znacznika • Odczyt numeru znacznika • Ustalenie identyfikatora znacznika • Określenie współrzędnych bieżącego położenia • Prezentacja listy dostępnych punktów docelowych • Wybór punktu docelowego • Obliczenie trasy • Prezentacja przebiegu trasy ID znacznika Odczyt znacznika Znaczniki ID znacznika ID znacznika Określenie położenia Punkty Bieżące położenie Współrzędne punktu Dostępne punkty Przebieg trasy Dostępne punkty Wyznaczanie trasy Trasa Przebieg trasy Określenie celu Dostępne odcinki Odcinki Początek i cel Interfejs użytkownika Dostępne odcinki Przebieg trasy Obliczanie ścieżki Kolejność odcinków Kolejność odcinków Sieć 29 Projekt bazy danych w technologii SIP • Typ obiektu (w tym przypadku LineString posiadający zawsze tylko dwa punkty, początkowy StartPoint i końcowy EndPoint) • Współrzędne geograficzne punktów obiektu (StartPoint i EndPoint) • SRID 30 Projekt bazy danych w technologii SIP cd. • Powstaje sieć w postaci tabeli o tej samej nazwie z przyrostkiem „_net” • SQLite/SpatiaLite pozwala na wyznaczenie najkrótszej (lub najmniej kosztownej) trasy poprzez zwykłe zapytanie SQL • W warunkach selekcji wystarczy podać punkt początkowy (NodeFrom) oraz punkt końcowy (NodeTo) 31 Projekt bazy danych w technologii SIP cd. • Nieregularny kształt wynika z nieprecyzyjnego określenia współrzędnych geograficznych • Różnice pomiędzy faktycznym wymaganym kątem i obliczonym kompensowane będą przez przyjętą tolerancję • Kąty te to różnice azymutów 32 Projekt bazy danych w technologii SIP cd. 33 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 34 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. 35 Dziękuję za uwagę! 36
