Infrastruktura indoor VLP systému

Abstract

Zvyšující se poptávka po polohovacích systémech v uzavřených prostorech a nízká přesnost tradičně využívaného Global Positioning Systemu (GPS) vyžaduje nová, lepší řešení. Díky slibným vlastnostem se nabízí široce zkoumaná metoda Visible Light Positioning (VLP). Její výhodou, ve srovnání s ostatními metodami, je velká přesnost a nižší cena instalace. Akademický výzkum představil mnoho různých VLP algoritmů ve snaze řešit problémy spojené s Visible Light Positioning. Zatím však žádný z nich nenabízí natolik kvalitní řešení, aby se dal systém masivně využít na trhu. Publikované práce představují algoritmy založené na velmi rozdílných přístupech. Všimli jsme si, že navzdory jejich značným rozdílům obsahuje vědecká literatura jednu společnou vlastnost. Práce vždy sestavují svůj prototyp infrastruktury, aby mohly otestovat vlastní návrh. Tento postup se zdá poněkud nadbytečný, jelikož hlavní část infrastruktury je vždy stejná a mohla by být sdílena. Věříme, že sdílená infrastruktura by umožnila rychlé prototypování algoritmů, a tak vedla k intenzivnějšímu zaměření týmu na hlavní cíl, kterým je samotná lokalizace. Tato práce proto implementuje VLP systém, který problematiku jednoho společného rozhraní řeší. Navržený systém umožňuje vývoj lokalizačních algoritmů s různým nastavením systému a slouží tak potřebám vývojáře. První část diplomové práce představuje infrastrukturu systému a rozebírá její jednotlivé prvky. Druhá část práce představuje rešerši běžných technik fingerprintingu, kdy vybraná PWM a sinusová modulace demonstruje funkčnost navrženého systému. Dále je také navržen firmware pro ovládání VLP vysílačů využívající fingerprinting. V třetí části práce je představena webová aplikace, která systém konfiguruje a přináší uživatelsky přívětivé prostředí. Nakonec práce implementuje detekční algoritmus, který lokalizuje VLP vysílače na snímku z CMOS kamery.

The increasing demand for indoor positioning systems and the poor accuracy of Global Positioning System (GPS) in enclosed premises has necessitated other viable solutions. A vastly exploited technique in this field is Visible Light Positioning (VLP), due to its promising properties that allow high accuracy and cost-effective solution compared to other techniques. The academic research proposes various VLP-based indoor navigation algorithms that tackle issues coming with Visible Light Positioning. Unfortunately, no algorithm has solved the issues well enough to be massively adopted on the market yet. Recent studies propose unique localization algorithms utilizing different methods. Despite their differences, we noticed one common characteristic shared by all. The papers always assemble an infrastructure prototype to test their approach. This procedure seems rather unnecessary since the core infrastructure is the same and could be shared. We believe a shared assembly would enable the algorithm’s rapid prototyping and eventually intensify the team’s focus on the main goal, the localization itself. Therefore, the thesis proposes a VLP system that solves this issue. The system allows the development of localization algorithms with different system settings, thus serving the developer’s needs. Firstly, the thesis presents the system infrastructure and discusses its elements. Secondly, it reviews standard fingerprinting techniques and selects Pulse Width Modulation (PWM) and sinusoidal modulation to demonstrate the functionality. Custom firmware is proposed to drive VLP transmitters with a fingerprinting method. Thirdly, the thesis proposes an application that configures the whole infrastructure and delivers a user-friendly environment. Lastly, it proposes a detection algorithm to localize VLP transmitters within a single-frame image utilizing a mobile robot with a CMOS camera.