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Android-basiertes autarkes BIM-orientiertes Ortungssystem auf Basis von Trägheitssensorik

Leifgen, Christian :
Android-basiertes autarkes BIM-orientiertes Ortungssystem auf Basis von Trägheitssensorik.
TU Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2013)

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der heutigen Zeit werden immer größere und komplexere Gebäude und Industrieanlagen gebaut. Aber auch bestehende Anlagen und Gebäudekomplexe werden stets erweitert. Solch große Strukturen bedürfen stetiger Instandhaltungsmaßnahmen (v.a. Wartung, Inspektion, Instandsetzung), die oft von Personal durchgeführt werden müssen und nicht automatisierbar sind. Ebenso können Notsituationen entstehen, in denen Rettungskräfte schnell an einen bestimmten Einsatzort gelangen müssen. Durch die Größe und das sich stetige Ändern der Bausubstanz werden diese Personen vor die schwierige Aufgabe gestellt, den Einsatzort schnellstmöglich bzw. auf möglichst effizienten Wegen zu erreichen. In solchen Anwendungsfällen bietet ein System, das die Ortung und Navigation innerhalb von Gebäuden mittels handlicher mobiler Endgeräte, wie Smartphones oder Tablet-Computern, ermöglicht, große Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden (Laufkarten, Übersichtspläne etc.) zur Wegfindung. So können im Ernstfall durch ein schnelleres Eintreffen von Rettungskräften Leben gerettet werden. Ebenso führt eine gezielte Navigation von (Wartungs-)Personal zu kürzeren, effizienteren Wegen und somit zu einer Reduktion der (Lohn-)Kosten. Auch Besucher von Messen oder großen öffentlich zugänglichen Gebäuden, wie Flughäfen oder Bahnhöfen, fällt die Orientierung und damit verbunden das Auffinden bestimmter Orte oft schwer - gerade dann, wenn sie diese Orte noch nie oder nur selten besucht haben. Auch hier können Indoor-Ortungssysteme sehr hilfreich sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit von fest installierter Hardware unabhängige Ortungssysteme einen Vorteil gegenüber solchen Technologien bieten, die zur Positionsbestimmung eine Infrastruktur von Hardwarekomponenten benötigen (z.B. Ortung mittels RFID oder WLAN). Ein Vergleich zeigt auf, dass in dem wichtigen Bereich der Betriebskosten große Potentiale bei solchen als autark bezeichneten Ortungssystemen liegen. An diese Gegenüberstellung anknüpfend wird ein Konzept eines autarken Ortungssystems, sowie dessen Umsetzung vorgestellt. Es basiert auf der Verwendung von Gebäudestrukturdaten (v.a. Bauteile wie Wände, Türen etc.), die aus einer BIM-Datenbank ausgelesen und mittels eines Webservices an ein Endgerät übertragen werden. Als Entwicklungsplattform wurde das von der Firma Google federführend entwickelte Betriebssystem Android ausgewählt. Das autarke Ortungssystem "AuOrSys", welches in Form einer Android-App auf dem Endgerät installiert wird, stellt als Umsetzung des o.g. Konzeptes den Kern dieser Arbeit dar. Es zeigt die aktuelle Position des Anwenders in einem Grundriss an, registriert Positionsänderungen und zeigt diese dann in Form des abgeschrittenen Pfades an. Ein autarkes Ortungssystem kann nur dann funktionieren, wenn die aktuelle Position des Gerätes bzw. des Benutzers zu Beginn des Ortungsvorgangs bekannt ist. Um dies zu gewährleisten, kann diese "Startposition" sowohl manuell über das Auswählen des Gebäudes und anschließendes Antippen eines auf dem Display angezeigten Grundrisses, als auch über das Einscannen eines QR-Codes geschehen. Ist die Startposition bekannt, so werden Positionsänderungen des Anwenders über die im Endgerät verbauten Inertialsensoren ermittelt. Dabei werden die Schritte des Benutzers über lineare Beschleunigungssensoren (Translation) und die Ausrichtung innerhalb des Grundrisses (Rotation) über einen Magnetfeldkompass, der die Abweichung des Gerätes vom magnetischen Nordpol misst und mit der bekannten Ausrichtung des Grundrisses verrechnet, registriert. Weiterhin wurden u.a. Einstellungsmöglichkeiten zur Justierung der App, sowie eine Sprachausgabe zur Ansage des aktuellen Raumes und eine Funktion zur Kollisionsdetektion implementiert.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Leifgen, Christian
Titel: Android-basiertes autarkes BIM-orientiertes Ortungssystem auf Basis von Trägheitssensorik
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

In der heutigen Zeit werden immer größere und komplexere Gebäude und Industrieanlagen gebaut. Aber auch bestehende Anlagen und Gebäudekomplexe werden stets erweitert. Solch große Strukturen bedürfen stetiger Instandhaltungsmaßnahmen (v.a. Wartung, Inspektion, Instandsetzung), die oft von Personal durchgeführt werden müssen und nicht automatisierbar sind. Ebenso können Notsituationen entstehen, in denen Rettungskräfte schnell an einen bestimmten Einsatzort gelangen müssen. Durch die Größe und das sich stetige Ändern der Bausubstanz werden diese Personen vor die schwierige Aufgabe gestellt, den Einsatzort schnellstmöglich bzw. auf möglichst effizienten Wegen zu erreichen. In solchen Anwendungsfällen bietet ein System, das die Ortung und Navigation innerhalb von Gebäuden mittels handlicher mobiler Endgeräte, wie Smartphones oder Tablet-Computern, ermöglicht, große Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden (Laufkarten, Übersichtspläne etc.) zur Wegfindung. So können im Ernstfall durch ein schnelleres Eintreffen von Rettungskräften Leben gerettet werden. Ebenso führt eine gezielte Navigation von (Wartungs-)Personal zu kürzeren, effizienteren Wegen und somit zu einer Reduktion der (Lohn-)Kosten. Auch Besucher von Messen oder großen öffentlich zugänglichen Gebäuden, wie Flughäfen oder Bahnhöfen, fällt die Orientierung und damit verbunden das Auffinden bestimmter Orte oft schwer - gerade dann, wenn sie diese Orte noch nie oder nur selten besucht haben. Auch hier können Indoor-Ortungssysteme sehr hilfreich sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit von fest installierter Hardware unabhängige Ortungssysteme einen Vorteil gegenüber solchen Technologien bieten, die zur Positionsbestimmung eine Infrastruktur von Hardwarekomponenten benötigen (z.B. Ortung mittels RFID oder WLAN). Ein Vergleich zeigt auf, dass in dem wichtigen Bereich der Betriebskosten große Potentiale bei solchen als autark bezeichneten Ortungssystemen liegen. An diese Gegenüberstellung anknüpfend wird ein Konzept eines autarken Ortungssystems, sowie dessen Umsetzung vorgestellt. Es basiert auf der Verwendung von Gebäudestrukturdaten (v.a. Bauteile wie Wände, Türen etc.), die aus einer BIM-Datenbank ausgelesen und mittels eines Webservices an ein Endgerät übertragen werden. Als Entwicklungsplattform wurde das von der Firma Google federführend entwickelte Betriebssystem Android ausgewählt. Das autarke Ortungssystem "AuOrSys", welches in Form einer Android-App auf dem Endgerät installiert wird, stellt als Umsetzung des o.g. Konzeptes den Kern dieser Arbeit dar. Es zeigt die aktuelle Position des Anwenders in einem Grundriss an, registriert Positionsänderungen und zeigt diese dann in Form des abgeschrittenen Pfades an. Ein autarkes Ortungssystem kann nur dann funktionieren, wenn die aktuelle Position des Gerätes bzw. des Benutzers zu Beginn des Ortungsvorgangs bekannt ist. Um dies zu gewährleisten, kann diese "Startposition" sowohl manuell über das Auswählen des Gebäudes und anschließendes Antippen eines auf dem Display angezeigten Grundrisses, als auch über das Einscannen eines QR-Codes geschehen. Ist die Startposition bekannt, so werden Positionsänderungen des Anwenders über die im Endgerät verbauten Inertialsensoren ermittelt. Dabei werden die Schritte des Benutzers über lineare Beschleunigungssensoren (Translation) und die Ausrichtung innerhalb des Grundrisses (Rotation) über einen Magnetfeldkompass, der die Abweichung des Gerätes vom magnetischen Nordpol misst und mit der bekannten Ausrichtung des Grundrisses verrechnet, registriert. Weiterhin wurden u.a. Einstellungsmöglichkeiten zur Justierung der App, sowie eine Sprachausgabe zur Ansage des aktuellen Raumes und eine Funktion zur Kollisionsdetektion implementiert.

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: 19 Jan 2015 16:07
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Uwe Zwinger

Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
Nowadays the size of constructions like buildings and industrial facilities is increasing rapidly. But not only newly constructed objects are getting larger, also existing facilities are permanently extended and rebuilt. Due to guarantee a flawless operation these structures need a well-organized maintenance resp. (facility) management, which is mostly provided by employees and cannot be automated. The size and layout of buildings also plays an important role in emergency situations. Rescue forces need to reach their operating places as quickly as possible. In both cases the personnel shall accomplish the difficult task of finding the right place as fast as possible - which normaly means that they have to find the shortest way. Not only the size, but also the steady change of structures are reasons for this to be very hard work. A computer-based system that navigates people inside of buildings by handy mobile devices like smartphones or tablet computers offers significant advantages over traditional navigation methods in such situations. Also visitors of exhibitions or large public buildings like airports or railroad stations may get in trouble when it comes to finding the right way resp. destination. This could also be an interesting use case for mobile indoor navigation solutions. In the context of this thesis a comparison between infrastructure-based, e.g., WLAN, RFID and autarkic navigation methods is made. It shows the advantages and disadvantages between these two types of navigation systems with the low level of operating costs of autarkic systems as a main outcome. Following up this comparison a concept for an autarkic android based positioning system and its realization is introduced. It builds on building informations like coordinates of walls or doors which are read from a SQL Database by calling a webservice. The developed Android application "AuOrSys" ("Autarkes Ortungssystem") constitutes the core element of the present composition. It is mainly divided into three sections of which each one is represented by an own full-screen window ("Activity"). or the purpose of determining the users actual position the first window offers two possibilities: scanning a QR code (Quick Response code) for automated positioning and manually entering campus, building and floor step-by-step. Furthermore the second window contains a settings menu to adjust parameters like the users step length or whether speech output is enabled or not. The third window includes the main screen of AuOrSys. It shows the floor plan of the chosen level, which is adjusted to the users orientation by the devices compass. If the level was chosen manually the user has to define her/his position by tapping the display. In the further course the users steps are registered by the built-in inertial (acceleration) sensors. Combining the entered step length and orientation the new position can be computed and the paced path is shown. Collisions with objects (principally walls) are registered so that it is impossible to walk through them.Englisch
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