Implementación Android de algoritmos basados en información heurística y técnicas Map Matching para la calibración de balizas US

Abstract

Este Trabajo Fin de Máster desarrolla e implementa sobre una plataforma Android un algoritmo para la calibración tanto de motas ultrasónicas individuales como de balizas ultrasónicas LOCATE-US, modelo diseñado en el grupo GEINTRA y que consta de 5 transductores ultrasónicos. La herramienta permite calibrar la posición de balizas situadas tanto en el techo como en las paredes y aunque se ha desarrollado pensando en su uso con tecnología ultrasónica, puede utilizarse con otro tipo de balizas como radiofrecuencia, infrarrojos, etc. El fundamento de la calibración es la estimación de la posición de la baliza con respecto a la posición de referencia del sistema. La calibración propuesta consiste en el uso de las distancias de la baliza de estudio a las paredes cercanas medidas mediante un medidor laser. La información de dichas distancias, el mapa en formato vectorial y otros datos heurísticos (como la región de ubicación aproximada de la baliza, la orientación aproximada de las medidas y las características de las paredes de las cuales se han obtenido la distancia de la baliza a ellas) son las entradas del algoritmo propuesto que obtiene la mejor estimación de la posición de la baliza. Dado que no hay una solución cerrada al problema, se ha implementado una minimización numérica basada en el uso de algoritmos genéticos (GA) y de búsqueda armónica (HS). La propuesta se ha validado con simulaciones y experimentos reales, obteniendo correctamente la posición de las balizas incluso en entornos complejos, con paredes que presentan un cierto grado de curvatura.

This study presents an algorithm developed on an Android-based platform for calibrating the position of beacons which are placed both on the ceiling and on the wall of an indoor environment. Specifically, the beacon structure to be calibrated was developed in the GEINTRA group and called LOCATE-US. It consists of five ultrasonic transducers distributed around a square structure of 70.7x70.7cm. The application also allows to calibrate individual ultrasonic spots. The notion of calibration is to estimate the position of a beacon related to a known reference system of a map. The calibration proposal consists of using several distances from the beacon to the neighbor walls measured by a laser meter. The information of these distances, the map in vector format and other heuristic data (such as the approximate localization region of the position of the beacon, the approximate orientation of the measurements and the features of the walls from which the laser meter is projected) are the inputs of the proposed algorithm that obtains the best estimation of the beacon’s position. Due to the fact that there is not an analytical solution, we have implemented a numerical minimization based on the use of a Genetic Algorithm (GA) and a Harmony Search (HS) methods. The proposal has been validated with simulations and real experiments, obtaining the position of the beacon with great accuracy.