Исследование существующих решений для indoor-навигации

Введение

в предметную область и описание ключевых понятий

Для начала исследования прикладных решений по реализации indoor-навигации внутри зданий, необходимо определить ключевые понятия, относящиеся к данному направлению исследований, а также выяснить, какие разновидности данных решений существуют и какие технологии ими используются.

Технология навигации внутри зданий относится к проблемному полю Интернета вещей (англ.: Internet of Things, IoT), соответственно, прежде чем давать определение термину indoor-навигация, необходимо изучить различные варианты определения IoT.

Термин Интернет вещей в настоящее время регулярно встречается и цитируется в научных публикациях в сфере информационных технологий. При сравнении точек зрения различных авторов, можно заметить, что даваемые ими определения значительно отличаются друг от друга. Рассмотрим определения из нескольких выбранных источников.

Интернет вещей — это концепция, ориентированная на «интеллект» физических объектов (датчиков, устройств), то есть вещей, а не людей.

Интернет вещей — это компьютерная сеть, состоящая из обычных интернет-узлов, а также множества особых сетей, состоящих из различных технических устройств. Такими устройствами могут быть автомобили, наушники, холодильники и зубные щетки, и другие вещи, используемые человеком.

Ещё одну версию определения данного термина дает футуролог консалтингового подразделения Cisco IBSG Дэйв Эванс. Интернет вещей — момент времени, когда количество «вещей» или материальных объектов, подключенных к Интернету, превышает число людей, пользующихся «всемирной паутиной».

Все точки зрения объединяет идея подключения к Интернету большого количества физических устройств, как правило, для управления ими или получения от них статистических данных или значений метрик. Indoor-навигация попадает в область Интернета вещей, так как для вычисления местоположения, как правило, используются наборы технических устройств, имея подключение к которым, становится реальным вычислить своё местоположение. Рассмотрим определение термина indoor-навигации.

Indoor-навигация (или навигация внутри зданий) — определение местоположения объекта в локальных координатах помещения с минимальной погрешностью в расстоянии.

Навигация внутри зданий отличается от геопозиции, так как внутрь любых зданий, торговых центров или офисов сигнал от спутника доходит искажённым и не может быть использован для точного позиционирования. Рассмотрим основные технологии, используемые для локального позиционирования внутри зданий:

• 1. Навигация с помощью WiFi — данная технология основана на определении расстояния до находящихся вблизи точек доступа, и последующем применении различных алгоритмов локального позиционирования для вычисления своего местоположения относительно этих точек. У данного метода основными недостатками являются сравнительно большое энергопотребление и большая погрешность (до 25 метров).
• 2. Геомагнитное позиционирование — вычисление своего местоположения на основе заранее нанесённых на карту геомагнитных аномалий. Наиболее неудачный метод, так как в помещениях очень много динамически меняющихся аномалий, таких как проводка, устройства посетителей.
• 3. Системы спутниковой навигации в сочетании с инерциальными навигационными системами (ИНС) — данный способ применим, когда есть возможность периодически принимать сигналы систем спутниковой навигации. При потере связи со спутниками, навигация продолжается с использованием ИНС (на базе гироскопа, акселерометра и магнитометра), которая будет использовать в качестве начальной точки последние координаты, полученные от GPS. Недостаток: при долгом отсутствии связи со спутником, ИНС допускает большое количество ошибок.
• 4. Использование маячков Beacon — наиболее перспективный метод, основанный на технологии Beacon — Bluetooth маяках, использующих стандарт BLE (Bluetooth Low Energy). Схема работы технологии довольно проста — имеются установленные по всему периметру целевого помещения Bluetooth-маячки, координаты расположения которых мы знаем. Эти маяки с заданной периодичностью производят широковещательную рассылку, содержащую идентифицирующую их информацию. Пользовательское приложение циклично получает эти данные, по базе данных определяет координаты маячков, и на основе силы сигнала (позволяющей определить удалённость от каждого из них) определяет своё местоположение.
• 5. Sensor fusion — использование для навигации данных с различных сенсоров устройства, таких как гироскоп, сенсоры магнитного излучения, акселерометр, сонар и др.
• 6. Синергетический эффект — самый лучший вариант, реализация indoor-навигации с использованием в той или иной мере всех вышеперечисленных технологий.

Так как данная работа ставит перед собой целью разработку проектного решения для мобильного приложения, которое будет использовать сервисы indoor-навигации, то есть являться клиент-серверным, имеет смысл привести различные трактовки термина клиент-серверное приложение.

Клиент-серверное приложение характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов — клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных устройствах, обмениваясь данными по сети.

Клиент-серверное приложение — программный комплекс, в котором его функциональные части взаимодействуют по схеме «запрос-ответ». Если рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них (клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая (сервер) пассивно на них отвечает.

В данной работе будет реализовано мобильное приложение для навигации внутри музея. Из описанных выше видов навигации внутри зданий наиболее подходящим и оправданным является использование синергии различных технологий для определения местоположения.