zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Phát triển ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+

Chia sẻ: Phó Cửu Vân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Phát triển ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+" nhằm xây dựng hoàn chỉnh được ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+ sử dụng công nghệ Bluetooth năng lượng thấp được tích hợp trên thiết bị iBeacon. Trong đó, kỹ thuật Fingerprinting được sử dụng kết hợp với thuật toán Dijkstra nhằm ước tính vị trí và hỗ trợ điều hướng trong nhà. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phát triển ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+

Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Phát triển ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+ Chu Thị Phương Dung, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Email: dungctp@vnu.edu.vn Tóm tắt nội dung: đường đi ngắn nhất Dijkstra [3]... đã được áp dụng rất hiệu Hiện nay, ở các thành phố trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì quả. Bài báo đã thực hiện được các chức năng như xem bản đồ các trung tâm mua sắm, các tòa nhà rộng lớn được xây dựng trong nhà, định vị, tìm kiếm phòng, tìm kiếm đường đi vô ngày càng nhiều. Vì vậy, việc định vị vị trí trong nhà trở thành cùng thông minh và nhanh chóng. một vấn đề vô cùng cần thiết và hữu ích. Bài báo này nghiên cứu về việc phát triển ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau: điện thoại thông minh dựa trên hệ điều hành Android 11+. Do Phần II giới thiệu về hệ thống định vị và tìm đường trong nhà đó, mục tiêu của bài báo này là xây dựng hoàn chỉnh được ứng sử dụng Ble ibeacon; Phần III giới thiệu về thực nghiệm ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh dụng và tìm đường trong nhà; Phần IV là phần kết luận và trên hệ điều hành Android 11+ sử dụng công nghệ Bluetooth năng lượng thấp được tích hợp trên thiết bị iBeacon. Trong đó, cuối cùng là Tài liệu tham khảo. kỹ thuật Fingerprinting được sử dụng kết hợp với thuật toán Dijkstra nhằm ước tính vị trí và hỗ trợ điều hướng trong nhà. II. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÀ TÌM ĐƯỜNG TRONG Kết quả đạt được cho thấy ứng dụng hoạt động tương đối ổn NHÀ SỬ DỤNG BLE IBEACON định và cho kết quả tốt. Nội dung phần này sẽ trình bày về mô hình hệ thống của ứng Keywords: iBeacon, Fingerprinting, Dijkstra dụng, cách áp dụng kĩ thuật Fingerprinting và thuật toán tìm đường đi ngắn nhất Dijkstra vào hệ thống đó. I. GIỚI THIỆU 1. Mô hình hệ thống Định vị trong nhà hiện nay là một lĩnh vực nghiên cứu vô Như minh họa trong Hình 1, hệ thống định vị trong bài báo sử cùng hữu ích với một số các yêu cầu như chi phí phù hợp, hiệu dụng cường độ tín hiệu nhận được ((RSSI)) tại thiết bị của quả năng lượng, tính có sẵn và độ chính xác cao. Sự xuất hiện người dùng kết hợp với kỹ thuật Fingerprinting để định vị vị của IoT như một làn sóng mới, khả quan cho chủ đề này. Và trí của người dùng theo thời gian thực. Khi người dùng đến một trong những thiết bị IoT điển hình sử dụng công nghệ gần các iBeacon giá trị RSSI thu được càng lớn do sự phụ Bluetooth năng lượng thấp (BLE) - iBeacon [6] được Apple thuộc vào vị trí của tín hiệu. Giá trị này dễ bị ảnh hưởng bởi giới thiệu vào năm 2013 là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này. nhiễu do phản xạ, các yếu tố môi trường khác do đó đã được làm mịn bằng cách lấy giá trị trung bình trên các lần đo, đưa ra Nhiều kỹ thuật và hệ thống sử dụng BLE iBeacon đã được đưa giá trị gần đúng nhất với giá trị thực thu được. ra đề xuất để giải quyết vấn đề định vị trong nhà tiêu biểu như: Bluetooth Low Energy Based Indoor Positioning on iOS Platform [1] đề xuất hệ thống định vị dựa trên iBeacon dưới dạng một ứng dụng chạy trên nền tảng iOS sử dụng kĩ thuật Fingerprinting, thuật toán kNN (k - Nearest Neighbor) kết hợp bộ lọc Kalman cho độ chính xác tương đối cao [5][8]. Một ví dụ khác như hệ thống định vị di động trong nhà dựa trên công Hình 1. Mô hình hệ thống định vị trong nhà sử dụng BLE iBeacon nghệ iBeacon cung cấp giải pháp cho ước tính vị trí bệnh nhân Hệ thống tìm đường trong bài báo sử dụng thuật toán Dijkstra, đáp ứng nhu cầu nhân viên y tế theo dõi vị trí bệnh nhân của kết hợp với các vị trí lấy mẫu được lưu trong cơ sở dữ liệu họ [2]. Hệ thống này dựa trên cường độ tín hiệu nhận được để (Offline Phase) của Fingerpinting cho phép xác định đường đi tính toán vị trí và đạt độ chính xác cao. ngắn nhất từ vị trí của người dùng tới các vị trí được tìm kiếm Bằng việc ứng dụng IoT [9] với thiết bị BLE iBeacon kết hợp hoặc đường đi giữa các vị trí khác nhau. nền tảng Android 11+, bài báo sẽ trình bày về các bước xây Với mỗi yêu cầu tìm đường từ vị trí của người dùng, hệ thống dựng ứng dụng định vị và tìm đường trong nhà sử dụng công sử dụng các thông tin vị trí được cung cấp (vị trí người dùng, nghệ Bluetooth năng lượng thấp [7]. Trong đó, các kĩ thuật sử phòng học, đích đến) làm đầu vào (input) cho thuật toán dụng trong bài báo như Fingerprinting [4], thuật toán tìm 1 ISBN ............ 978-604-80-8932-0 353
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Dijktra, các dữ liệu này được kết hợp với các thông tin về trị tầng đó được ước tính dựa trên pha thứ hai của Fingerprinting trí có sẵn trong cơ sở dữ liệu để xử lý, kết quả thu được - Online Phase. (output) chính là danh sách các vị trí cần đi qua chính là Online Phase: Khi hệ thống được triển khai, RSSI đo được tại đường đi cần tìm. vị trí của người dùng theo thời gian thực được đem ra so sánh với các điểm trong cơ sở dữ liệu (chính là vị trí đã xây dựng ở Offline Phase) để quyết định vị trí của người dùng. Hình 5. Online Phase của kỹ thuật Fingerprinting Hình 2. Mô tả hệ thống tìm đường sử dụng thuật toán Dijkstra kết trong hệ thống. hợp kỹ thuật Fingerprinting Do tính bất ổn định của RSSI, để đảm bảo độ tin cậy và cải thiện tính chính xác của hệ thống, thông số Major của iBeacon 2. Áp dụng kỹ thuật Fingerpriting vào hệ thống định vị gần nhất được thêm vào làm điều kiện để so sánh cùng với giá Offline Phase: Kỹ thuật Fingerprinting trong hệ thống định vị trị cường độ tín hiệu nhận được (càng cần iBeacon thì giá trị trong nhà áp dụng nhờ việc thu thập cường độ tín hiệu nhận RSSI thu được càng lớn). Khi đó, vị trí của người dùng được được (RSSI) từ các iBeacon được đặt tại các vị trí cố định. xác định theo: Các điểm lấy mẫu là các vị trí mong muốn được thiết lập, giá Vị trí x = [Major của iBeacon gần nhất, 𝑅𝑆𝑆𝐼1, 𝑅𝑆𝑆𝐼2, trị RSSI được thu trực tiếp trên điện thoại thông minh. Do sự 𝑅𝑆𝑆𝐼3]; ảnh hưởng của phản xạ, vật cản các giá trị RSSI dễ bị nhiễu. Để làm giảm thiểu nhiễu tín hiệu, tiến hành đo nhiều lần tại trong đó: 𝑅𝑆𝑆𝐼1, 𝑅𝑆𝑆𝐼2, 𝑅𝑆𝑆𝐼3 lần lượt là ba giá trị cường độ một điểm, loại bỏ các giá trị nhiễu lớn (thao tác này được thực tín hiệu của ba iBeacon khác nhau thu được theo thứ tự giảm hiện bằng tay) dữ liệu lấy mẫu chính là giá trị trung bình của dần (ba iBeacon gần nhất). các lần đo. Mỗi bản ghi được lưu vào cơ sở dữ liệu chứa thông tin về vị trí, các giá trị RSSI và một số thông tin khác. Mỗi bản Từ đó, cho phép xác định được vị trí của người dùng theo thời ghi này sử dụng tối thiểu 3 iBeacon để lưu thông tin về vị trí. gian thực. 3. Áp dụng thuật toán Dijkstra trong hệ thống tìm đường Phần này trình bày về cơ sở dữ liệu sử dụng Fingerprinting kết hợp thuật toán Dijkstra để áp dụng trong hệ thống tìm đường của ứng dụng. Áp dụng dữ liệu từ hệ thống định vị đã được trình bày ở phần Hình 3. Offline Phase của kỹ thuật Fingerprinting trước, để kết hợp sử dụng thuật toán tìm đường đi ngắn nhất trong hệ thống. Dijkstra, sử dụng thêm một bảng Dependence để quy định mối Áp dụng kỹ thuật Fingerprinting, dựng được mô hình cơ sở dữ quan hệ giữa các nút (node) hay chính là các điểm được lưu liệu cho hệ thống định vị trong nhà được sử dụng trong ứng trong Offline Phase. Các trường start_id, target_id lần lượt là dụng, xác định các vị trí cụ thể trong phòng. điểm đầu và điểm đích trong thuật toán, trường distance là khoảng cánh không âm giữa các node. Trong trường hợp này, điểm đầu chính là vị trí hiện tại của người dùng. Sau đó trả về kết quả trên thiết bị của người dùng thông tin về đường đi với vị trí mong muốn hiển thị trên bản đồ. Trong trường hợp tìm kiếm đường đi từ vị trí của người dùng tới các phòng học, khi người dùng thay đổi vị trí tiến hành cập nhật lại các giá trị đầu vào cho thuật toán để cập nhật chỉ đường theo thời gian thực. 4. Lưu đồ hệ thống Chu trình hoạt động của ứng dụng định vị và tìm đường trong Hình 4. Cơ sở dữ liệu Fingerprinting sử dụng nhà chạy trên điện thoại thông minh được mô tả như trong trong hệ thống hình 6 dưới đây. Với lưu đồ này thì các ứng dụng được thực Hệ thống được triển khai lắp đặt các iBeacon có cùng UUID hiện vô cùng hiệu quả. với major khác nhau. Bảng Location chính là dữ liệu thu được từ các điểm lấy mẫu. Dựa vào việc phân tích gói tin BLE iBeacon, cho phép xác định tầng. Vị trí của người dùng tại 2 ISBN ............ 978-604-80-8932-0 354
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) khoảng cách hiệu dụng là dưới 10m, các triển khai như trong Hình 7 đảm bảo được yêu cầu trên. Số lượng beacon có thể suy rộng ra từ chiến lược bố trí trên. Chúng tôi tin rằng đây là một giải pháp đạt được sự tối ưu về mặt hiệu quả kinh tế. Hình 6. Lưu đồ hệ thống ứng dụng III. THỰC NGHIỆM VỀ ỨNG DỤNG VÀ TÌM ĐƯỜNG TRONG NHÀ Hình 8. Sơ đồ bố trí các điểm lấy mẫu dữ liệu tương ứng với các iBeacon 1. Triển khai môi trường thực nghiệm Kết quả thu được bao gồm 25 điểm lấy mẫu dữ liệu. Dữ liệu Để triển khai việc thực nghiệm thì trong bài báo sử dụng thiết này được chuẩn hóa loại bỏ các giá trị nhiễu lớn, sử dụng bị điện thoại thông minh với các thông số như sau: trung bình các giá trị để làm mịn các nhiễu. Thiết bị Xiaomi Redmi Note 10 2. Chức năng xem bản đồ trong nhà Hệ điều hành Android 11.1a Ứng dụng hiển thị thông tin về bản đồ dựa trên dữ liệu vị trí Giao diện vô tuyến Bluetooth 5.0 của Google Map. Khi người dùng khởi chạy ứng dụng từ màn Bảng 1: Thông số thiết bị sử dụng trong thực nghiệm hình chính, thông tin về bản đồ trong nhà được hiển thị trên màn hình điện thoại. Với trường hợp này, bản đồ trong nhà Dữ liệu lưu trong cơ sở dữ liệu được tiến hành đo đạc trực tiếp chính là bản đồ tầng 1 Giảng đường G2 - trường Đại học Công tại tầng một Giảng đường G2, trường Đại học Công Nghệ: Nghệ. • Loại thiết bị: Estimote Beacon • Số thiết bị iBeacon sử dụng: 10 Chức năng xem bản đồ trong nhà được thực hiện như trong • Các iBeacon có cùng mã định danh duy nhất UUID hình 9 dưới đây. Với chức năng này thì người xem hoàn toàn với major khác nhau xem được bản đồ trong nhà vô cùng dễ dàng và nhanh chóng. • Phạm vi 30m Hình 7. Sơ đồ triển khai các thiết bị iBeacon. Các thiết bị iBeacon được bố trí tại các vị trí sao cho tín hiệu từ các thiết bị này phát ra bao phủ được toàn bộ vị trí cần định Hình 9. Giao diện bản đồ khi vào ứng dụng vị. Tiến hành đo đạc tín hiệu từ các iBeacon để xây dựng cơ sở dữ liệu. 3. Chức năng định vị Độ hiệu quả của ứng dụng được xác định dựa trên việc triển Ngay khi nhận được tín hiệu từ tối thiểu 3 thiết bị iBeacon, khai beacon. Trong nghiên cứu này, tính hiệu quả được đảm ứng dụng tiến hành so sánh các thông số nhận được với cơ sở bảo bằng cách đặt các beacon sao cho điện thoại luôn thu được dữ liệu (phase 2 - kĩ thuật Fingerprinting) và trả về vị trí của tín hiệu của ít nhất 3 beacon tại một thời điểm và đồng thời người dùng trên bản đồ. Vị trí này được đánh dấu trực tiếp chúng phải có phân phối đều để đảm bảo chi phí triển khai là trên bản đồ bằng các marker màu đỏ. thấp nhất. Với vùng phủ đẳng hướng của các beacon và ISBN 978-604-80-8932-0 355
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Cập nhật vị trí theo thời gian thực: Khi người dùng thay đổi vị ứng dụng trả về các thông tin liên quan về phòng đó bao gồm trí, vị trí tương ứng trên bản đồ cũng thay đổi theo vị trí của vị trí trên bản đồ và thông tin về phòng học như hình 12. người dùng. Hình 10 mô tả chức năng định vị và cập nhật vị trí theo thời gian thực trong ứng dụng. Ngoài ra người dùng vẫn có thể tương tác với bản đồ khi vị trí được hiển thị. Với chức năng này thì người xem dễ dàng tìm được vị trí của tất cả các đồ vật trong nhà một cách nhanh chóng. Hình 12. Ứng dụng đề xuất và hiển thị kết quả tìm kiếm 5. Chức năng tìm kiếm đường đi Khi người dùng click vào mục nhận thông tin về chỉ đường (Get directions) ứng dụng hiển thị đường đi (đường màu đỏ) từ vị trí của người dùng đến vị trí của phòng được tìm kiếm Hình 10. Ứng dụng hiển thị và cập nhật vị trí của người dùng trên bản đồ như hình 13. 4. Chức năng tìm kiếm phòng Khi người dùng thay đổi vị trí mà vẫn đang trong quá trình nhận thông tin điều hướng, đường đi trên bản đồ tự động cập Chức năng tìm kiếm phòng cũng được thực hiện như trong nhật theo vị trí của người dùng và theo thời gian thực. hình 11 dưới đây. Với chức năng này thì vị trí của các phòng dễ dàng được tìm thấy và hiển thị trên màn hình. Thanh tìm kiếm được thiết kế giao diện đơn giản được hiển thị ở trên cùng của ứng dụng và trên nền bản đồ. Khi người dùng thực hiện thao tác chạm vào ô tìm kiếm, thanh tìm kiếm tự động hiển thị một danh sách đổ xuống (floating menu) tên các phòng học tại tầng 1 của giảng đường G2. Hình 13. Chức năng hiển thị và cập nhật chỉ đường. Ngoài ra, ứng dụng cho phép người dùng tìm kiếm mở rộng, người dùng có thể nhận thông tin điều hướng từ phòng tới phòng như hình 14. Việc tìm kiếm mở rộng thực hiện qua thao Hình 11. Giao diện tìm kiếm phòng học tác vuốt từ bên trái của màn hình ứng dụng. Người dùng lựa chọn các phòng bắt đầu và kết thúc thông qua danh sách đổ Khi người dùng nhập ô tìm kiếm, ứng dụng đề xuất các phòng xuống, ấn nút “GET DIRECTION” thông tin về đường đi cần liên quan đến nội dung được nhập. Người dùng thực hiện thao tìm được hiển thị trên bản đồ. Để hủy tìm đường từ phòng tới tác nhấn vào phòng được tìm kiếm (phòng học được đề xuất) phòng ấn nút “CANCEL hiển thị ở dưới cùng của màn hình ứng dụng”. 4 ISBN ............ 978-604-80-8932-0 356
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Son Ngoc Duong, Anh Vu-Tuan Trinh, Thai-Mai Dinh, "Bluetooth Low Energy Based Indoor Positioning on iOS Platform," 2018 IEEE 12th International Symposium on Embedded Multicore/Many-core Systems-on-Chip (MCSoC), 2018. [2] Xin-Yu Lin; Te-Wei Ho; Cheng-Chung Fang; Zui-Shen Yen; Bey-Jing Yang; Feipei Lai, "A mobile indoor positioning system based on iBeacon technology," 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015. [3] Richards, Hamilton, Edsger Wybe Dijkstra, A.M. Turing Award. Association for Computing Machinery, 2017. [4] N. -S. Duong and T. -M. Dinh, "Indoor Localization with lightweight RSS Fingerprint using BLE iBeacon on iOS platform," 2019 19th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2019, pp. 91-95, doi: 10.1109/ISCIT.2019.8905160. [5] Arash Habibi Lashkari, Behrang Parhizkar, Mike Ng Ah Ngan, "WIFI-Based Indoor Positioning System," Computer and Network Hình 14. Chức năng tìm đường từ phòng tới phòng Technology (ICCNT), 2010. Như vậy các ứng dụng như xem bản đồ trong nhà, định vị, tìm [6] Dennis Sweeney, "An Introduction to Bluetooth, A Standard for Short kiếm phòng hay việc tìm kiếm đường đi được hoàn thành vô Range Wireless Networking," 15th Annual IEEE International ASIC/SOC cùng thông minh và nhanh chóng. Kết quả đạt được trong các Conference,, 2002. thực nghiệm cho thấy ứng dụng hoạt động tương đối ổn định và cho kết quả tương đối chính xác. [7] E. Mackensen, M. Lai, T. M. Wendt, Bluetooth Low Energy (BLE) based wireless sensors , 2012. IV. KẾT LUẬN [8] Ahmet Yazici, Uğur Yayan, Hikmet Yücel, "An ultrasonic based indoor positioning," Innovations in Intelligent Systems and Applications Bài báo này đã xây dựng hoàn chỉnh được ứng dụng định vị và (INISTA), 2011. tìm đường trong nhà cho điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android 11+. Hệ thống sử dụng thiết bị là iBeacon với [9] Xiaoming Liu, Jing Peng, Tao Liu, "A novel indoor localization system based on passive RFID technology," Electronic and Mechanical ứng dụng chạy trên nền tảng Android, trong đó, kỹ thuật Engineering and Information Technology (EMEIT), 2011. Fingerprinting được sử dụng kết hợp với thuật toán Dijkstra nhằm ước tính vị trí và hỗ trợ điều hướng trong nhà. Kết quả đạt được cho thấy ứng dụng hoạt động tương đối ổn định và cho kết quả tốt. Nghiên cứu này có hai điểm mới đó là: Đưa ra một quy trình phát triển ứng dụng khả thi. Đồng thời xác nhận tính đúng đắn của một hệ thống định vị với những khối chức năng phổ biến. Qua đó, thể hiện tính ứng dụng cao, tích hợp đa nền tảng của công nghệ này cũng như những sự cải tiến vượt trội mà GPS không thể mang lại được, đồng thời việc xây dựng và phát triển ứng dụng trên điện thoại thông minh áp dụng với giảng đường G2 chính là tiền đề để triển khai các hệ thống định vị trong nhà với quy mô lớn hơn áp dụng cho trường Đại học Công Nghệ nói riêng hay Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung. Dựa trên những kết qủa đã đạt được, trong tương lai hệ thống tiếp tục được phát triển với các mục tiêu như: Kiểm tra, đo đạc với các loại môi trường trong nhà khác nhau (môi trường đóng hoàn toàn, nhiều vật cản hay môi trường có biến đổi mạnh); đánh giá lại hệ thống hoạt động trong ứng dụng; Phát triển ứng dụng với nhiều tính năng bổ sung như việc tìm kiếm bằng giọng nói, môi trường thực tế ảo...; Triển khai xử lý trên server; Kết hợp với nhiều bộ lọc khác hoặc sử dụng thêm các cảm biến có sẵn trong điện thoại thông minh như cảm biến gia tốc để tăng độ chính xác trong định vị... 5 ISBN ............ 978-604-80-8932-0 357

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2397 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.