An indoor positioning system using ultrasonic waves
Ultrasonik dalgaları kullanan iç mekan konumlandırmasistemi
- Tez No: 611119
- Danışmanlar: Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: İç Mekan Konumlandırma, Varış Zaman Farkı, Ultrason, Indoor Positioning, Time Difference of Arrival, Ultrasound
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Altınbaş Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 55
Özet
Otomasyon ve robotiğin hızlı gelişmesiyle, bu alanlardaki bilgilerin önemliliğine bakılırsa iç mekan konumlandırmaya daha fazla vurgu yapılmaktadır. Dış konumlandırma için, Global Konumlandırma Sistemi (GPS) farklı uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, GPS uyduları tarafından iletilen sinyallerin sınırlı güce sahip olmasından dolayı, güvenilir şekilde alınamayacağı için iç mekan konumlandırmada kullanılamaz. Ek olarak, GPS'in üç metrelik konumlandırma doğruluğu, bu uygulamalardan istenen görevleri yerine getirmek için daha kesin koordinatlara ihtiyaç duyulduğundan dolayı, iç mekan uygulamaları için çok düşük olarak kabul edilir. İç mekan konumlandırması için farklı dalga tipleri ve mesafe ölçüm yaklaşımları kullanılarak farklı yöntemler önerilmiştir. Bu çalışmada, ultrasonik dalgalar ve Varış Zamanı Farkı (TDOA) yaklaşımını kullanan yeni bir iç mekan konumlandırma yöntemi önerilmiştir. Ortamdaki referans noktalarına bir dizi alıcı-verici yerleştirilmiştir. Bu alıcı vericiler aynı denetleyiciye bağlanır ve tüm alıcı vericilere aynı anda komutlar gönderilir. Bununla birlikte, yalnızca belirlenmiş alıcı-verici ultrasonik bir dalga iletirken, kalan alıcı-vericiler komut onları hedeflemediğinde bu sinyalleri dinlerler. Her referans noktasının konumu diğer tarafından bilindiğinden ve her alıcı-verici benzersiz bir frekansa sahip bir dalga ilettiğinden, bu dalganın vericiden diğer alıcı vericilere gitmesi için gereken süre mevcut ortam koşullarında ultrasonun gerçek hızını hesaplamak için kullanılır. Nesne, kalan düğümler tarafından veya referans noktalarından herhangi bir sinyal alındığında ultrasonik bir dalga iletir. Dalganın ölçülen hızı, nesneden geçen alıcı ve verici arasındaki mesafeyi hesaplamak için elektriksel ve nesne sinyallerinin gelişi arasındaki zaman sapması ile birlikte kullanılır. Bu mesafeler daha sonra nesne ile referans noktalarının her biri arasındaki mesafeyi ve nesnenin koordinatlarını hesaplamak için kullanılır. Önerilen yöntemin performansı, hesaplanan mesafelere bağlı olarak nesnenin koordinatlarını hesaplamak için iki farklı yaklaşım kullanılarak değerlendirilir. İlk yaklaşım, nesnenin koordinatlarının ortalama veya ortanca işlevini kullanarak bu listeden seçildiği bir dizi aday koordinatını sonuçlandırmak için ayrı bir referans noktası olarak her hesaplanan mesafeyle etkileşime girer. Diğer yaklaşım, aday koordinatların hesaplanmasında kullanılmadan önce nesne ile referans noktalarının her biri arasındaki mesafeyi tek bir mesafede özetler. Aynı ortalama veya ortanca işlevi bu mesafeleri tek bir mesafede özetlemek için kullanılır. Değerlendirme sonuçları, bir referans noktası başına tek bir mesafenin ve bu mesafeyi ve nesnenin koordinatlarını seçmek için kullanılan ortalama fonksiyonun kullanılmasının, konumlandırma için sırasıyla 4, 5 ve 6 referans noktaları kullanıldığı zaman 0.23, 0.20 ve 0.15 olan Ortalama Karesel Hatanın Karekökünün (RMSE) ortalama konumlandırması ile en iyi performansa sahip olduğunu göstermektedir. Sonuçlar ayrıca önerilen yöntemin önceki çalışmalarda mevcut olan en gelişmiş yöntemlerden daha iyi performans sergilediğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
With the rapid development of automation and robotics, more emphasis is being applied to indoor positioning, according to the importance of such information in these fields. For outdoor positioning, the Global Positioning System (GPS) has been widely used in different applications. However, according to the limited power of the signals transmitted by the satellites of the GPS, these signals cannot be used for indoor positioning, as they cannot be reliably received. Additionally, the positioning accuracy of three meters for the GPS is considered very low for indoor applications, according to the need for more precise coordinates to accomplish the tasks required from these applications. Different approaches have been proposed for indoor positioning, using different types of waves and distance measurement approaches. In this study, a new indoor positioning method is proposed, which employs ultrasonic waves and Time Difference of Arrival (TDOA) approach. A set of transceivers is deployed in reference points in the environment. These transceivers are connected to the same controller and commands are sent to all the transceivers simultaneously. However, only the designated transceiver transmits an ultrasonic wave, while the remaining transceivers listen to such signals when the command does not target them. As the position of each reference point is known to the other and each transceiver transmits a wave with a unique frequency, the time required by the wave to travel from the transmitter to the other transceivers is used to calculate the actual speed of ultrasound in the current ambient conditions. The object transmits an ultrasonic wave when a signal is received from any of the reference points, which is also received by the remaining nodes. The calculated speed of the wave is then used with the time deviation between the arrival of the electrical and the object signals to calculate the distance between the receiver and the transmitter through the object. These distances are then used to compute the distance between the object and each of the reference points, which are then used to calculate the coordinates of the object. The performance of the proposed method is evaluated using two different approaches to calculate the coordinates of the object based on the computed distances. The first approach interacts with every computed distance as a separate reference point to conclude a set of candidate coordinates, where the coordinates of the object are selected from that list using the average or median function. The other approach summarizes the distances between the object and each of the reference points into a single distance before being used in the computations of the candidate coordinates. The same average or median function are used to summarize these distances into a single distance. The evaluation results show that the use of a single distance per a reference point and the average function to select that distance and the coordinates of the object has the best performance with a mean positioning Root Mean Squared Error (RMSE) of 0.23, 0.20 and 0.15 when 4, 5 and 6 reference points are used for the positioning, respectively. The results also show that the proposed method has been able to outperform the state-of-the-art methods existing the earlier studies.
Benzer Tezler
- Ultrasonic indoor localization application
Ultrasonik iç mekan yer tespiti uygulaması
YAĞMUR KIRKAĞAÇ ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT DOĞRUEL
- Otonom araçlar için 2B lazer tarayıcı kullanılarak yeni 3B LIDAR sistemi elde edilmesi ve engel tespiti
Obtaining a new type 3D LIDAR system using 2D laser scanner for autonomous vehicles and obstacle detection
AHMET KAĞIZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Vision based indoor mobile robot localization using deep learning
İç ortamlarda derin öğrenme ile bilgisayarlı görüye dayalı gezgin robot konum kestirimi
ARAFAT EMAD ARAFAT SHARIF
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mekatronik MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BERKE GÜR
- A smart attendance tracking system using bluetooth low energy beacons
Bluetooth düşük enerji beaconlarını kullanarak akıllı bir dikkat izleme sistemi
MOHAMMED OMAR RAOOF
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEFER KURNAZ
- The design, development and evaluation of a smart attendance tracking system using bluetooth low energy beacons
Bluetooth düşük enerji beaconlarını kullanarak akıllı bir yoklama takip sisteminin tasarımı, geliştirilmesi ve değerlendirilmesi
AHMED ABDULKAREEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇankaya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT SARAN