TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Untersuchung und Integration von Methoden zur Beachtung von gebäudestrukturkorrelierenden Materialeinflüssen in der InNavl

Brunert, Lukas :
Untersuchung und Integration von Methoden zur Beachtung von gebäudestrukturkorrelierenden Materialeinflüssen in der InNavl.
TU Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2012)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Eine verlässliche Positionsbestimmung von Personen und Objekten mit globalen Satellitennavigationssystemen ist in Gebäuden nicht möglich. Es muss deshalb auf fest im Gebäude installierte Nahbereichs-Ortungssysteme zurückgegriffen werden, mit denen auch innerhalb von Gebäuden eine Positionsbestimmung durchgeführt werden kann. Im Bereich der Indoor-Ortung auf Grundlage der Funktechnik, wie z.B. der WLAN- oder RFID-Technologie, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Forschungsarbeiten erstellt und kommerzielle Produkte entwickelt. Die Funksignale dieser Ortungstechnologien unterliegen in Gebäuden der Beeinflussung durch die bauliche Struktur. Bei der Interaktion von Funksignalen mit den baulichen Elementen wie z.B. Wänden kommt es zu Ausbreitungseffekten, die für Ungenauigkeiten in der Positionsberechnung sorgen. Neben der Mehrwegausbreitung eines Signals durch Reflexionen spielen hier vor allem die Dämpfung und Laufzeitverzögerung des Signals beim Durchdringen von Hindernissen eine bedeutende Rolle. Eine Verbesserung der Ortungsgenauigkeit für funkbasierte Ortungssysteme innerhalb von Gebäuden ist nur möglich, wenn der Einfluss aus den Ausbreitungseffekten auf die Signale eliminiert werden kann. Die Berücksichtigung der baulichen Struktur in Form eines digitalen Gebäudemodells ist hierfür unabdingbar. Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich deshalb mit der Entwicklung und Umsetzung einer neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung. Es handelt sich um einen der ersten Forschungsansätze, der die Berechnung der Position unter Berücksichtigung der baulichen Struktur der Ortungsumgebung durchführt. Hierzu werden zunächst die Ausbreitungseffekte und geeignete Modelle zur Abbildung dieser Effekte untersucht. Anschließend werden verschiedene Methoden zur Indoor-Ortung vorgestellt und detailliert Algorithmen zur Positionsbestimmung erläutert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird ein Konzept und die Umsetzung der neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung erarbeitet. Die Methode erweitert die am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt entwickelten InNavI-Plattform und kann so auf ein digitales Gebäudemodell der Ortungsumgebung zurückgreifen. Die neue Methode führt Positionsberechnungen auf Basis von Messrohdaten des IntelliFINDRTLS-Ortungssystems der Firma Identec Solutions durch. Es werden verschiedene Algorithmen umgesetzt, die die Position eines unbekannten Knotens auf Grundlage von Messwerten zu bekannten Referenzknoten bestimmen können. Um die Qualität der zur Berechnung verwendeten Daten zu erhöhen, werden die Messrohdaten einem Preprocessing unterzogen. Ein Korrektur-Modul eliminiert auf Grundlage von Ausbreitungsmodellen und dem Gebäudemodell den Einfluss der Ausbreitungseffekte auf die Messrohdaten des Ortungssystems. Es wird eine prototypische Anwendung konzipiert und umgesetzt, mit der die Ergebnisse der neuen Methode visualisiert werden können. In einem Anwendungsbeispiel wird die Funktionsweise der Anwendung verdeutlicht. Eine Validierung der neuen Methode zur Positionsbestimmung wird durch Auswertung von Ortungsversuchen und dem Vergleich mit den Berechnungsergebnissen des bestehenden Ortungssystems durchgeführt. Abschließend werden die erarbeiteten Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick in eine mögliche weitere Entwicklung dieser Thematik gegeben.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2012
Autor(en): Brunert, Lukas
Titel: Untersuchung und Integration von Methoden zur Beachtung von gebäudestrukturkorrelierenden Materialeinflüssen in der InNavl
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Eine verlässliche Positionsbestimmung von Personen und Objekten mit globalen Satellitennavigationssystemen ist in Gebäuden nicht möglich. Es muss deshalb auf fest im Gebäude installierte Nahbereichs-Ortungssysteme zurückgegriffen werden, mit denen auch innerhalb von Gebäuden eine Positionsbestimmung durchgeführt werden kann. Im Bereich der Indoor-Ortung auf Grundlage der Funktechnik, wie z.B. der WLAN- oder RFID-Technologie, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Forschungsarbeiten erstellt und kommerzielle Produkte entwickelt. Die Funksignale dieser Ortungstechnologien unterliegen in Gebäuden der Beeinflussung durch die bauliche Struktur. Bei der Interaktion von Funksignalen mit den baulichen Elementen wie z.B. Wänden kommt es zu Ausbreitungseffekten, die für Ungenauigkeiten in der Positionsberechnung sorgen. Neben der Mehrwegausbreitung eines Signals durch Reflexionen spielen hier vor allem die Dämpfung und Laufzeitverzögerung des Signals beim Durchdringen von Hindernissen eine bedeutende Rolle. Eine Verbesserung der Ortungsgenauigkeit für funkbasierte Ortungssysteme innerhalb von Gebäuden ist nur möglich, wenn der Einfluss aus den Ausbreitungseffekten auf die Signale eliminiert werden kann. Die Berücksichtigung der baulichen Struktur in Form eines digitalen Gebäudemodells ist hierfür unabdingbar. Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich deshalb mit der Entwicklung und Umsetzung einer neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung. Es handelt sich um einen der ersten Forschungsansätze, der die Berechnung der Position unter Berücksichtigung der baulichen Struktur der Ortungsumgebung durchführt. Hierzu werden zunächst die Ausbreitungseffekte und geeignete Modelle zur Abbildung dieser Effekte untersucht. Anschließend werden verschiedene Methoden zur Indoor-Ortung vorgestellt und detailliert Algorithmen zur Positionsbestimmung erläutert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird ein Konzept und die Umsetzung der neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung erarbeitet. Die Methode erweitert die am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt entwickelten InNavI-Plattform und kann so auf ein digitales Gebäudemodell der Ortungsumgebung zurückgreifen. Die neue Methode führt Positionsberechnungen auf Basis von Messrohdaten des IntelliFINDRTLS-Ortungssystems der Firma Identec Solutions durch. Es werden verschiedene Algorithmen umgesetzt, die die Position eines unbekannten Knotens auf Grundlage von Messwerten zu bekannten Referenzknoten bestimmen können. Um die Qualität der zur Berechnung verwendeten Daten zu erhöhen, werden die Messrohdaten einem Preprocessing unterzogen. Ein Korrektur-Modul eliminiert auf Grundlage von Ausbreitungsmodellen und dem Gebäudemodell den Einfluss der Ausbreitungseffekte auf die Messrohdaten des Ortungssystems. Es wird eine prototypische Anwendung konzipiert und umgesetzt, mit der die Ergebnisse der neuen Methode visualisiert werden können. In einem Anwendungsbeispiel wird die Funktionsweise der Anwendung verdeutlicht. Eine Validierung der neuen Methode zur Positionsbestimmung wird durch Auswertung von Ortungsversuchen und dem Vergleich mit den Berechnungsergebnissen des bestehenden Ortungssystems durchgeführt. Abschließend werden die erarbeiteten Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick in eine mögliche weitere Entwicklung dieser Thematik gegeben.

Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Civil and Environmental Engineering > Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Civil and Environmental Engineering
Hinterlegungsdatum: 14 Jan 2015 13:27
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Uwe Zwinger

Preisträger des Heinrich und Margarete Liebig-Preis 2012

Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
A reliable positioning of people and objects with global satellite navigation systems in buildings is not possible. That is why a short-range positioning system, which is permanently installed in the building, must be used for localization. In the last few years a number of researches have been created and many commercial products have been developed in the field of short-range positioning systems based on radio technologies like WiFi or RFID. The radio signals of these positioning technologies are influenced by the architectural structure of the building. The quality of the signals suffers from propagation effects caused by the interaction with structural elements such as walls, whereby the location accuracy is deteriorated. In addition to the multipath propagation of a signal due to reflections especially the attenuation and propagation delay of the signal during the penetration of obstacles play an important role. An improvement of the location accuracy for radio-based positioning systems inside buildings is only possible if the propagation effects can be eliminated from the measured values of the positioning system. The utilization of the building structure in the form of a digital building model is indispensable for this. This thesis therefore addresses the development and implementation of a new method for indoor positioning. It is one of the first research approaches that performs the calculation of the position taking into account the physical structure of the locating environment. For this reason the propagation effects and suitable models for mapping these effects are investigated. Different methods of indoor positioning will be presented more extensively and algorithms for position determination will be discussed in detail. Based on these results, the new method for indoor positioning is developed and implemented. The method is based on the InNavI platform, which was developed at the Institute for Numerical Methods and Computer Science in Civil Engineering at the TU Darmstadt, and has so access on the digital building model of the locating environment. The new method can carry out position calculations with the measured raw data of the IntelliFINDRTLS tracking system from Identec Solutions. The implemented algorithms can determine the position of an unknown node on the basis of measured values to known reference nodes. To improve the quality of the data used for position determination, the measured raw data is edited in a preprocessing step. The method implements a correction module, which eliminates the influence of propagation effects on the measured raw data on the basis of the propagation models and the building model. A prototype application is designed and implemented to visualize the results of the new method and the functionality is shown in an application example. A validation of the new method for indoor positioning is performed by the evaluation of localization experiments and the comparison with the calculated results of the existing tracking system. Finally, the compiled results of this work are combined and an outlook is given on possible further development of this topic.Englisch
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

Eintrag anzeigen Eintrag anzeigen