SAUMATON PAIKANNUS LAURA RUOTSALAINEN MAANMITTAUSPÄIVÄT

Samankaltaiset tiedostot
Infrastruktuurista riippumaton taistelijan tilannetietoisuus INTACT

Infrastruktuurista riippumaton taistelijan tilannetietoisuus INTACT

Infrastruktuurista riippumaton taistelijan tilannetietoisuus INTACT

Monisensoripaikannusta kaikissa ympäristöissä

Satelliittipaikannuksen tarkkuus hakkuukoneessa. Timo Melkas Mika Salmi Jarmo Hämäläinen

Säteilymittaustietojen hallinta turvajärjestelyissä

Metsäkoneiden sensoritekniikka kehittyy. Heikki Hyyti, Aalto-yliopisto

Satelliittipaikannus

Lähitulevaisuudet liikunnallisuutta tukevat teknologiat. Immo Heino

Tietotalo Insight. Digitaalinen markkinointi. Beacon FAQ: Vastaukset yleisimpiin kysymyksiin beaconeista

Paikannuspalvelut WLAN-ympäristöissä

Autonomisen liikkuvan koneen teknologiat. Hannu Mäkelä Navitec Systems Oy

Fortuna Clip-On Bluetooth GPS

GPS-koulutus Eräkarkku Petri Kuusela. p

Paikantaminen Nokia N76-1

Galileo Missä mennään?

Satelliittipaikannuksen perusteet

Matematiikka ja teknologia, kevät 2011

Tiedonkeruun miljoonat pisteet

Geotrim TAMPEREEN SEUTUKUNNAN MITTAUSPÄIVÄT

TESTIRAPORTTI AURINKOPANEELIEN TARKASTUSMITTAUKSET SCANOFFICE OY Soleras Asko Rasinkoski

Maastokartta pistepilvenä Harri Kaartinen, Maanmittauspäivät

Paikkatiedon hyödyntäminen älykkään sairaalan ICTympäristössä

Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

PASTORI-PROJEKTI. Paikkasidonnaisten liikenteen palveluiden liiketoiminta- ja toteutusratkaisut. Paikkasidonnaiset kaupalliset palvelut

Seminaariesitelmä. Channel Model Integration into a Direct Sequence CDMA Radio Network Simulator

Maanmittauspäivät 2014 Seinäjoki

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys mobiilikartoitusmenetelmistä

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

TEEMU ROOS (KALVOT MUOKATTU PATRIK HOYERIN LUENTOMATERIAALISTA)


Säilörehunurmen sadon määrän kaukokartoitus

Green BEAM. LAX 300 G ristilaser luotitoiminnolla. Vihreät laserlinjat optimaaliseen näkyvyyteen kirkkaissa sisätiloissa

iii Tampereella, Toni Nopanen

DIGITRAFFIC - Yleisesittely

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

PÄÄSET PERILLE NOPEAMMIN

DGPS toimintaperiaate. DGPS paikannustekniikat. Mistä data DGPSjälkikorjausta. Tekniikat / VRS

SeekTech SR-20 Paikannin Kevyt mutta silti lujarakenteinen vastaanotin, joka antaa kaikki nopean ja tarkan paikannuksen tarvitsemat tiedot.

Garmin GPSmap 60CSx -laite

MONISTE 2 Kirjoittanut Elina Katainen

Käyttöoppaasi. NOKIA LD-1W

Wöhler VIS 700 HD tarkastuskamera

SPS ZOOM D Laserkeilain

KAAPELITESTERI / PAIKANNIN TRIFITEK TR-383 PIKAKÄYTTÖOHJE V1.0

Satelliittipaikannuksen perusteet

1) Maan muodon selvittäminen. 2) Leveys- ja pituuspiirit. 3) Mittaaminen

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Täydennyskoulutus Hermanni Lehtomäki

Forest Big Data -tulosseminaari

Matkapuhelinpaikannuksen hyödyntäminen liikennetietojen keruussa

Laitetekniset vaatimukset ammattimaiselle dronetoiminnalle. Sakari Mäenpää

TOIMINNALLINEN PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELU

Maailma visuaalivalmistajan näkökulmasta

FINNREF- TUKIASEMAVERKKO/PAIKANNUS- PALVELU JA SEN KEHITTÄMINEN

Mittaushavaintojen täsmällinen käsittelymenenetelmä

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

Versio 1.0. BLUETOOTH DONGLE, GS-301 GPS JA NAVICORE PERSONAL Asennusohje Windows 2000/XP ja Nokia Series 60 älypuhelimille


Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Riistapäivät 2015 Markus Melin Itä Suomen Yliopisto Metsätieteiden osasto

Stereopaikannusjärjestelmän tarkkuus (3 op)

Verkkodatalehti. FLOWSIC150 Carflow TILAVUUSVIRTAUKSEN MITTALAITTEET

TURUN JÄTTEENPOLTTOLAITOKSEN MELURAPORTTI

Kaupunkimallit

Hissimatkustajien automaattinen tunnistaminen. Johan Backlund

5 syytä hyödyntää ensiluokkaista paikannustarkkuutta maastotyöskentelyssä

Ville Peltola & Leena Toivanen SISÄTILAPAIKANNUS TEKNIIKAT JA TUOTTEET

Internet-ohjeet AutoChart LIVE

RAKENNUSTEN LÄMPÖKUVAUS uudet ohjeet 2015

Robotteja liikenteessä

Käyttöohje HERE Maps painos FI

5 VUODEN TAKUU* HPS-C-PRO + Korkean teholuokan säätimet touch screen -käyttöliittymällä Säätimiä 230V kuumakanaville.

Käyttöohje BTGP-38KM Bluetooth GPS Data Logger V1.0

REITTIANALYYSI MILA SPECIAL 1 SÖRNÄINEN, KATRI VALAN PUISTO

Ilmanlaadun älykäs mallintaminen kaupunkiympäristössä. Lasse Johansson

Talvikunnossapidon laadun seuranta

Paikkatietoon yhdistetyn koneistutuksen kehittäminen Pohjois-Pohjanmaalla

GPS:n käyttö suunnistuskartoituksessa

Mitä on huomioitava kaasupäästöjen virtausmittauksissa

Luento 5: Stereoskooppinen mittaaminen

Hailuodon lautta Meluselvitys

Kuuluvuusongelmat uudis-ja korjausrakentamisessa

Potilasesite Robottitekniikkaan perustuvaa tarkkuussädehoitoa Kuopiossa

RAKENNUSTEN LÄMPÖKUVAUS uudet ohjeet 2015

matematiikka Tapio Helin Nuorten akatemiaklubi Helsinki Matematiikan ja tilastotieteen laitos

TRANSECO Tutkijaseminaari Oulun yliopisto

SITECH Finland. Oma esittely. osapuolille Janne Paitsola. Infra-alan ratkaisut / Trimble 2008 DI Oulun yliopisto / mekatroniikka

Rataverkon kunnon ja liikkuvan kaluston akustinen valvonta kuituoptiikan avulla

MOBIILIT PAIKKATIETOSOVELLUKSET. Teemu Hakolahti Joensuun yliopisto Tietojenkäsittelytiede Pro gradu -tutkielma

Trimble S7: SureScan, pistepilvet ja VISION-kuvantaminen tee näin Kari Tenhunen Geotrim Kä K y ä tt t äj t äpäivä v t ä

INSPIRE-direktiivin toimeenpano Paikkatietoa hallinnoivat viranomaiset

Palopaikan dokumentointi. vrk. Tuomas Teräväinen

PRE/InfraFINBIM tietomallivaatimukset ja ohjeet AP3 Suunnittelun ja rakentamisen uudet prosessit

Diplomityöseminaariesitys Ville-Matti Alho

Ajotaitomerkkisäännöt matkailuautolle voimaan

Pieksämäen kaupunki, Euref-koordinaatistoon ja N2000 korkeusjärjestelmään siirtyminen

Radioohjauslaitteet. innovaatioita, taitoa ja perinteitä. Älykkäitä ratkaisuja kaikkiin asuintiloihin. Radio-ohjattu säätö

Uusia sovelluksia kalojen havainnointiin Case Montta. Pertti Paakkolanvaara Simsonar Oy. Kuva Maanmittaus laitos 2.2.

Laserkeilauksen ja kuvauksen tilaaminen

Transkriptio:

SAUMATON PAIKANNUS LAURA RUOTSALAINEN MAANMITTAUSPÄIVÄT 22.3.2018 laura.ruotsalainen@nls.fi 1

SAUMATON PAIKANNUS Sijainnin tarkkuus, jatkuvuus, luotettavuus laura.ruotsalainen@nls.fi 2

GSA PAIKANNUKSEN MARKKINAT Maritime; 0,30% Aviation; 1,00% 2012-2022 Road; 46,20% LBS; 47% Rail; 0,10% Surveying; 4,10% Agriculture; 1,40% laura.ruotsalainen@nls.fi 3

PAIKANNUKSEN HAASTEET Satelliittipaikannus on kehitetty käytettäväksi avoimissa ulkotiloissa Metsässä, kaupunkialueille tarkkuus heikentynyt Sisätiloissa satelliittipaikannusta ei voi käyttää Tahallinen häirintä heikentää tai estää satelliittipaikannuksen Voidaanko satelliittipaikannuksen luotettavuuden arvioinnissa luottaa vain satelliittipaikannukseen? Saumattomaan paikannukseen ei voida käyttää vain yhtä menetelmää => yhteistoimivuus laura.ruotsalainen@nls.fi 4

TIELIIKENTEEN VAATIMUKSET PAIKANNUKSELLE laura.ruotsalainen@nls.fi 5

Sijainnin luotettavuus Tunnistaako vastaanotin virhetilanteet? laura.ruotsalainen@nls.fi 6

TAHALLINEN HÄIRINTÄ Miten häirintä vaikuttaa vastaanottimeen? ublox 5H ublox 5T Fastrax IT500 Fastrax IT600 Nokia N8 GPS NovAtel Mean (m) Std (m) Max (m) % no jam 1.0 0.6 3.8 100 max J/S 15 db 1.4 0.7 4.6 100 max J/S 25 db 9.2 8.7 129.3 16 no jam 1.0 0.6 4.0 100 max J/S 15 db 1.5 0.8 6.5 100 max J/S 25 db 4.2 5.5 94 26 no jam 2.2 1.0 5.3 100 max J/S 15 db 2.3 1.0 6.5 100 max J/S 25 db 3.7 5.2 85.4 16 no jam 1.3 0.6 3.2 100 max J/S 15 db 1.3 0.7 3.2 100 max J/S 25 db 5.9 3.6 16.4 100 no jam 2.6 2.4 32.4 100 max J/S 15 db 3.1 3.8 34.0 100 max J/S 25 db 3.9 2.2 22.4 16 no jam 1.0 0.7 4.8 100 max J/S 15 db 2.4 3.9 90.5 30 max J/S 25 db 5.4 7.3 92.1 8

PAIKANNUS KAUPUNKIYMPÄRISTÖISSÄ Monitie-eteneminen, signaalien etenemisen estyminen Virhe satoja metrejä Ei enää 4 satelliittia näkyvillä laura.ruotsalainen@nls.fi 8

KÄYTTÄJIEN VAATIMUKSET PAIKANNUKSELLE SISÄTILOISSA Ihmiset viettävät sisätiloissa 90% ajasta Kuluttajat: reitti kauppakeskuksessa, sairaalassa, parkkihallissa Sijaintipohjaiset palvelut Tarkkuudelle melko tiukat vaatimukset Vähintään 2 metriä / huonetaso Kerros tiedettävä Kuluttajat / turvallisuussovellukset => eri teknologiat laura.ruotsalainen@nls.fi 9

PAIKANNUS SISÄTILOISSA Satelliittisignaalit menettävät tehoa lävistäessään rakennusten materiaaleja Sisätiloissa haittana myös monitie-eteneminen => Satelliittipaikannus ei ole käytettävissä sisätiloissa tai tarkkuus täysin riittämätön laura.ruotsalainen@nls.fi 10

SISÄTILAPAIKANNUKSEN MARKKINAT 30000 40 Mrd $ 20000 10000 Business Wire 2018 2020 2022 laura.ruotsalainen@nls.fi 11

SATELLIITTIRIIPPUMATTOMAT PAIKANNUSMENETELMÄT Paikannus perustuen Paikannusinfrastruktuuriin Käyttäjän liikkeeseen / ympäristön muutoksiin WLAN Bluetooth Cellular Absoluuttinen sijainti määritellyssä koordinaatistossa Vaativat infrastruktuurin ja etukäteisvalmistelua Inertiasensorit Kuvantaminen Suhteellinen sijainti Ongelmana mittausvirheet laura.ruotsalainen@nls.fi 12 Barometri, kompassi

ERI PAIKANNUSTEKNIIKAT Saatavuus Avoin ulkotila Esikaupunki Kaupunki Sisätila Kellaritila 1m Sensorit GNSS WLAN, BT, RFID 50m Matkapuhelinpaikannus 100m = uuden infrastruktuurin tarve = toimii olemassa olevan infrastruktuurin avulla Tarkkuus

RADIOSIGNAALIEN VOIMAKKUUTEEN PERUSTUVA PAIKANNUS Esimerkiksi WLANpaikannus Signaalien voimakkuudesta tehdään sormenjälkikartta tietokantaan (RSS Received Signal Strength) Käyttäjä vertaa signaaliympäristöä karttaan

MENETELMÄN HAASTEITA Sormenjälkikartta pitää valmistella etukäteen Paikannuksen tarkkuutta häiritsevät Ympärillä olevat ihmiset Ympäristön muutokset kartan teon jälkeen Lähettimien määrä ja tiheys vaikuttavat tarkkuuteen Laitevalmistajien päätökset Esimerkiksi Applen mobillilaitteista ei saa WLANmittauksia ulos

Esimerkki : HEREn WLAN paikannus HEREn WLAN-paikannus ei häiriinny Pienistä ympäristön muutoksista (esim. lähettimien paikanmuutokset) Ihmisistä Tarkkuus 3-5 metriä Toimii myös ympäristöön asennettavien Bluetooth- beaconien kanssa Tarjolla myös kartat useista julkisista tiloista Julkistettu syksyllä 2016

Esimerkki: IndoorAtlas Paikannus perustuu sisätilojen magneettikentän voimakkuuden vaihtelusta tehtyyn sormenjälkikarttaan Rakennuksessa olevat metalliset esineet muuttavat magneettikenttää https://www.indooratlas.com/

MUITA RADIOPAIKANNUSMENETELMIÄ RFID tagit + Tagit halpoja - Tarvitaan mittavat valmistelut Pseudoliitit + Lähettävät satelliittien kaltaisia signaaleja - Käyttö luvanvaraista Matkapuhelinpaikannus + Toimii lähes kaikkialla - Huono tarkkuus Miten 5G muuttaa tilannetta? Cell ID

INFRASTRUKTUURISTA RIIPPUMATON PAIKANNUS Paikannettavaan kiinnitetään erilaisia sensoreita, joilla saadaan tietoa käyttäjän liikkeestä Inertiasensorit: kiihtyvyysanturi, gyroskooppi Kompassi Barometri Etäisyysmittaukset Kuvantaminen Ääniperustainen paikannus Kuljettu matka, suunta, korkeuden muutos Nykyinen sijainti voidaan laskea alkuperäisen sijainnin ja siirtymän avulla

SENSORIPAIKANNUKSEN HAASTEET Mittausvirheet huonontavat saatua sijaintia Virheet merkittäviä erityisesti edullisilla / pienillä sensoreilla Virheitä korjaamaan tarvitaan infrastruktuurista riippuvia menetelmiä Mittausten oikeanlainen yhdistäminen tärkeää => älykkäällä matemaattisella laskennalla korjataan laitteiden ongelmia

KUVANTAMINEN Peräkkäisistä kuvista havaittujen hahmojen liikettä seuraamalla saadaan tietoa kameran siirtymästä ja suunnasta Kun kamera on kiinnitetty käyttäjään => käyttäjän siirtymä ja suunta Kameroita hyvin eri tekniikoilla Laser Stereokamera Tavallinen kamera RGB-D Sallittu koko, hinta ja vaadittava tarkkuus vaikuttavat valintaan laura.ruotsalainen@nls.fi 21

AUTOMAATTIAJONEUVON PAIKANNUS camera Tri-objective camera = stereo + monocular Volvo: Neljä tavallista kameraa: esteet ja kaistamerkit Stereo + tavallinen kamera: jalankulkijat Laser: 3D hahmontunnistus Paikannus perustuu tarkkaan satelliittipaikannukseen sekä kuvantamiseen Kuvantamisessa käytetään erilaisia kameroita: monocular, stereo, laser camera

JALANKULKIJAN NAVIGOINTI- JÄRJESTELMÄLLE ASETTAMAT HAASTEET Virrankulutus Koko ja paino Hinta Käytön helppous Arvaamattomat liikkeet Jatkuva päivitys nopeaan tahtiin 1 10, kokonaishinta ~ 500 30 000

INERTIASENSORIT Inertiasensorit (kiihtyvyysanturi ja gyroskooppi, IMU) mittaavat siirryttyä matkaa ja suuntaa => voidaan muuttaa sijainniksi Ongelmana mittausvirheet Kun sensorit kiinnitetään jalkaan, voidaan virheitä poistaa Paino 4.5 kg Taktisen tason IMU 19.5 cm Kuluttajatason IMU

ADAPTIIVINEN PAIKANNUS Ajoneuvon paikannus Sopeudutaan ympäristöön Satelliittipaikannus toimii taas Ryömitään / juostaan Ulos autosta Sisätilapaikannus 25

INFRASTRUKTUURISTA RIIPPUMATON TAISTELIJAN TILANNETIETOISUUS Matine, Puolustusministeriö 2015-2017 https://fgi-intact.net/ Sisätilapaikannus, karkea kartta tilasta (SLAM), taistelijan liiketietoa Kaikki tuotetaan taistelijan varusteisiin kiinnitetyillä sensoreilla Menetelmät sopivia myös mm. pelastustoimen tarpeisiin

INTACT RATKAISU Monisensorifuusio virheiden rajoittamiseen Horisontaalipaikka Siirtymä ja suunta Korkeus Jalkaan kiinnitetyllä inertiasensorilla Kuvantamisella Barometri Sonar Matemaattiset menetelmät virheiden mallintamiseen ja mittausten fuusiointiin

INTACT HAASTEET Sensorien koko ja hinta => Microelectromechanical systems (MEMS) sensorit MEMS sensorit tuottavat paljon mittausvirheitä Ei absoluuttista paikannusta saatavilla => Paikannusratkaisua ei voida korjata välillä Haastavia liikemuotoja

KUVANTAMINEN INTACTISSA Inertiasensoreiden virheiden korjaus SLAM yhdellä kameralla Visuaalinen gyroskooppi Visuaalinen odometri (Ruotsalainen, Vision-Aided Pedestrian Navigation for Challenging GNSS Environments, Doctoral Dissertation, 2013, TUT)

KORKEUSTIETO BAROMETRILLA Korkeus mitatun paineen avulla Tarkkuus hyvä, kun ollaan samassa tilassa, eikä lämpötilan tai paineen muutoksia Jo ikkunan avaaminen aiheuttaa suuren virheen air pressure (Pa) 1.0042 1.0041 1.004 1.0039 1.0038 x 10 5 Measurements of Pressure from Barometer 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 samples Relative Height T h= k 1 p( h p 0 ) 0 kr g height (m) 2 1 0-1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 samples

KORKEUSTIETO ULTRAÄÄNEN AVULLA Mittauksista voidaan erottaa portaat, jos se saadaan luotettavaksi ja portaan korkeus voidaan määrittää => korkeuden muutos

PROOF-OF-CONCEPT TESTIT UTISSA Yksi kerros Kapeita käytäviä, pieniä huoneita Erikoisia rakennelmia Suuri halli, 20 x 40 metriä laura.ruotsalainen@nls.fi 32

Alku ja loppu PAIKANNUSTULOS Reitti suhteellinen, ei mittakaavassa Halli 2 kierrosta 1. kävellen (sininen) 2. juosten (punainen) Loppupisteen virhe 2.5 m 4.6 m Puolapuut Pieniä huoneita hyppyjä, liikkumista sivuttain, kiipeämistä laura.ruotsalainen@nls.fi 33

LIIKKEENMALLINNUS Tietoa käyttäjän liikkeestä tarvitaan Adaptiivisen navigointijärjestelmän toteuttamiseen Komentokeskukselle tietoa käyttäjän tilasta Navigointijärjestelmän informaation esittämismuodon mukauttamiseen Liikkeentunnistukseen käytetään koneoppimista (Machine Learning) laura.ruotsalainen@nls.fi 34

MACHINE LEARNING Sensors Robert Guinness, ION GNSS 2013

LIIKKEENTUNNISTUSMENETELMÄN TOTEUTUS Tarkkuus Random Forest NB KStar Parhaiden sensorien valinta Parhaiden piirteiden valinta Muita päätöspuita SMO Laskennan raskaus Parhaan algoritmin valinta Käyttäjäriippumattomat luokittelijat liikkeentunnistukseen

LIIKKEENTUNNISTUS - TULOKSET Liikemuodot: seisoo, kävelee, juoksee, ryömii, kiipeää, Käytetään samoja mittauksia kuin paikannukseen Tunnistuksen tarkkuus, opetusdata samalta henkilöltä: 98,76 % Tunnistuksen tarkkuus, opetusdata eri henkilöltä: 87,54 % laura.ruotsalainen@nls.fi 37

22.3.2018 38

HÄIRINNÄN JA HARHAUTUKSEN LIEVENNYS SENSORIEN AVULLA Sensorit eivät häiriinny radiohäirintälaitteista Inertiasensorien ja kuvantamisen avulla voidaan havaita harhautus ja lieventää häirinnän vaikutusta laura.ruotsalainen@nls.fi 39

YHTEENVETO Satelliittipaikannuksen tarkkuutta, luotettavuutta ja häirinnänsietoa voidaan parantaa yhdistämällä siihen muita paikannusmenetelmiä Sisätiloissa paikannus voidaan toteuttaa käyttäen radiosignaaleja, kuten WLANia tai Bluetoothia Ennalta tuntemattomissa ympäristöissä on käytettävä mukana kuljetettavia sensoreita Saumattomaan paikannukseen pitää yhdistää adaptiivisesti erilaisia paikannusmenetelmiä laura.ruotsalainen@nls.fi 40

LISÄÄ SISÄTILANAVIGOINNISTA - INTO

SHOWING THE WAY laura.ruotsalainen@nls.fi 42