ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
VŨ VIỆT DŨNG
Nghiên cứu phát triển hệ thống định vị trong nhà dựa
trên cảm biến điện thoại thông minh
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60480104
LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Hải Châu
Hà Nội – 07/2019
i
Mục lục
Lời cảm ơn ..................................................................................................... iii
Lời cam đoan .................................................................................................. iv
Danh mục hình vẽ ........................................................................................... v
Danh mục bảng biểu ...................................................................................... vi
Mở đầu ........................................................................................................... vii
Chương 1: Tổng quan .................................................................................... 1
1.1. Hệ thống định vị trong nhà ....................................................... 1
1.2. Ứng dụng và thách thức của hệ thống định vị trong nhà ....... 2
1.2.1. Ứng dụng của hệ thống định vị trong nhà ..................... 2
1.2.2. Thách thức của hệ thống định vị trong nhà .................. 3
Chương 2. Các kỹ thuật định vị trong nhà ................................................... 4
2.1. Các công nghệ không dây ............................................................. 4
2.1.1. Công nghệ Wi-Fi .............................................................. 4
2.1.2. Công nghệ LTE ................................................................ 5
2.1.3. Công nghệ Bluetooth ........................................................ 6
2.1.4. Công nghệ Băng siêu rộng UWB .................................... 6
2.2. Các công nghệ cảm biến ................................................................ 7
2.2.1. Cảm biến gia tốc ............................................................... 7
2.2.2. Con quay hồi chuyển ........................................................ 7
2.2.3. Cảm biến từ trường ......................................................... 8
2.3. Các phương pháp ước lượng vị trí ............................................... 8
2.3.1. Góc tín hiệu đến (AOA) ................................................... 8
2.3.2. Thời gian nhận tín hiệu (TOA) ....................................... 9
2.3.3. Chênh lệch thời gian nhận tín hiệu (TDOA) ............... 10
2.3.4. Chỉ báo cường độ tín hiệu (RSSI) ................................. 10
2.4. Các thuật toán định vị ................................................................. 11
2.4.1. Phép đạc tam giác ........................................................... 12
ii
2.4.2. Phép đo 3 cạnh ................................................................ 13
2.4.3. Thuật toán định vị sử dụng tiệm cận ........................... 14
2.4.4. Lấy dấu và lập bản đồ tín hiệu...................................... 14
2.4.5. Phương pháp dẫn đường dự đoán ................................ 16
2.5. Các thuật toán lọc và khớp dữ liệu ............................................ 16
2.5.1. Bộ lọc Kalman ................................................................ 16
2.5.2. Thuật toán người láng giềng gần nhất ......................... 17
Chương 3. Hệ thống định vị trong nhà dựa trên cảm biến từ trường ..... 19
3.1. Giới thiệu ...................................................................................... 19
3.2. Cơ sở ............................................................................................. 20
3.3. Xây dựng bản đồ từ trường ........................................................ 23
3.4. Thuật toán xác định vị trí ........................................................... 31
3.5. Tích hợp với bản đồ Google Map............................................... 32
3.6. Thiết kế và cài đặt hệ thống ........................................................ 33
3.6.1. Ứng dụng lập bản đồ từ trường .................................... 34
3.6.2. Ứng dụng định vị ............................................................ 36
3.6.3. Khả năng mở rộng ......................................................... 39
Chương 4. Thực nghiệm ............................................................................... 41
4.1. Môi trường thực nghiệm ............................................................. 41
4.2. Phương pháp thực hiện ............................................................... 43
4.2.1. Thực hiện lập bản đồ từ trường .............................................. 43
4.2.2. Thực hiện định vị ...................................................................... 43
4.3. Kết quả thực nghiệm ................................................................... 45
4.4. Đánh giá độ chính xác của hệ thống .......................................... 46
Chương 5. Kết luận ....................................................................................... 52
Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 53
iii
Lời cảm ơn
Trước tiên tôi xin dành lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy giáo,
PGS. TS. Nguyễn Hải Châu – người đã hướng dẫn, khuyến khích, chỉ bảo và
tạo cho tôi những điều kiện tốt nhất từ khi bắt đầu cho tới khi hoàn thành
công việc của mình.
Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo khoa Công
nghệ thông tin, trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN đã tận tình đào tạo,
cung cấp cho tôi những kiến thức vô cùng quý giá và đã tạo điều kiện tốt nhất
cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường.
Đồng thời tôi xin cảm ơn tất cả những người thân yêu trong gia đình
tôi cùng toàn thể bạn bè những người đã luôn giúp đỡ, động viên tôi những
khi vấp phải những khó khăn, bế tắc và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
iv
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin “Nghiên
cứu phát triển hệ thống định vị trong nhà dựa trên cảm biến điện thoại thông
minh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép lại của người
khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đã được trình bày
hoặc là của chính cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu.
Tất cả các nguồn tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo
quy định cho lời cam đoan này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 7 năm 2019
Vũ Việt Dũng