Πειραματική αξιολόγηση GNSS RTK και Wi-Fi RTT εντοπισμού με χρήση έξυπνων κινητών τηλεφώνων

Σωτηρίου, Παναγιώτης; Sotiriou, Panagiotis

dc.contributor.author	Σωτηρίου, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Sotiriou, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2019-12-20T10:06:33Z
dc.date.available	2019-12-20T10:06:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49605
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17303
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Γεωπληροφορική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εντοπισμός με χρήση έξυπνων κινητών τηλεφώνων	el
dc.subject	Smartphone positioning	en
dc.subject	GNSS	en
dc.subject	RTK	en
dc.subject	Wi-Fi	el
dc.subject	RTT	en
dc.subject	Android	en
dc.title	Πειραματική αξιολόγηση GNSS RTK και Wi-Fi RTT εντοπισμού με χρήση έξυπνων κινητών τηλεφώνων	el
dc.title	Experimental assessment of smartphone-based GNSS RTK and Wi-Fi RTT positioning	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Εντοπισμός με χρήση έξυπνων κινητών τηλεφώνων	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-06-24
heal.abstract	Αντικείμενο της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση των δυνατοτήτων που προσφέρουν οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις του GNSS και Wi-Fi Android smartphone εντοπισμού, καθώς και η κατανόηση των ιδιαιτεροτήτων του. Μεταξύ άλλων, οι εξελίξεις στον δορυφορικό εντοπισμό αφορούν τη δυνατότητα απόκτησης των πρωτογενών παρατηρήσεων σε δέκτες έξυπνων κινητών τηλεφώνων (smartphones) και τη χρήση δορυφορικών δεκτών που υποστηρίξουν την εκτέλεση και παρατηρήσεων φάσης, σε περισσότερες από μία συχνότητες και για περισσότερους από έναν δορυφορικούς σχηματισμούς. Οι εξελίξεις στον Wi-Fi εντοπισμό αφορούν την υποστήριξη του πρωτοκόλλου IEEE 802.11mc-FTM, και κατ’ επέκταση την δυνατότητα λήψης παρατηρήσεων αποστάσεων με τη μέθοδο μέτρησης του χρόνου άφιξης και επιστροφής (Round Trip Time - RTΤ) του σήματος. Οι δυνατότητες αυτές, επιτρέπουν την υλοποίηση μεθόδων που παρέχουν τη βελτίωση των παραμέτρων ποιότητας εντοπισμού μέσω κινητών τηλεφώνων (smartphones) και ως μέρος της συνολικής αντιμετώπισης, δηλαδή της συνεργασίας με τους υπόλοιπους αισθητήρες της συσκευής και με παράλληλη διασύνδεση και εκμετάλλευσης όλων των πιθανών πηγών πληροφορίας, συμβάλουν στην πληρέστερη κάλυψη των αναγκών των χρηστών. Για την επίτευξη των στόχων της εργασίας, πραγματοποιήθηκαν δύο σειρές παρατηρήσεων. Η πρώτη αφορά την καταγραφή παρατηρήσεων GNSS σε τυπικές συνθήκες λειτουργίας σε εξωτερικό χώρο, με στόχο τον υπολογισμό της τροχιάς πεζού με χρήση GNSS smartphone παρατηρήσεων και εφαρμογή της τεχνικής σχετικού κινηματικού εντοπισμού με φάσεις σε πραγματικό χρόνο (RTK) και με εκ των υστέρων επεξεργασία (PPK) και σύγκριση αυτών, έναντι της τροχιάς που προέκυψε βάσει PPK εντοπισμού από υψηλής ποιότητας και αξιοπιστίας δέκτη GNSS. Η δεύτερη αφορά την καταγραφή στατικών Wi-Fi RTT παρατηρήσεων, σε συνθήκες ανεμπόδιστου και ανοικτού περιβάλλοντα χώρου για τη μέτρηση και αξιολόγηση αποστάσεων γνωστού μήκους. Ακόμα, αφορά την καταγραφή ταυτόχρονων κινηματικών Wi-Fi RTT παρατηρήσεων, με ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος και μικρές αποστάσεις, για τον υπολογισμό της τροχιάς που πραγματοποίησε χρήστης smartphone, η οποία ορίζεται από γνωστά σημεία και σύγκριση αυτών. Τα αποτελέσματα των διερευνήσεων της πρώτης σειράς παρατηρήσεων έδειξαν πως οι smartphone GNSS παρατηρήσεις, λόγω του τύπου της κεραίας τους, παρουσιάζουν μειωμένη ισχύ λήψης σήματος, λιγότερο όμως στις L5/E5 συχνότητες, που οδηγεί σε συχνές διακοπές παρακολούθησης, δυσχεραίνοντας την ορθή πραγματοποίηση των μεθόδων εντοπισμού με χρήση παρατηρήσεων φάσης. Ακόμα, ο smartphone RTK εντοπισμός δεν παρουσιάζει ικανοποιητική απόδοση, καθώς πραγματοποιήθηκε χωρίς τη χρήση των L5/E5 συχνοτήτων και του σχηματισμού BeiDou, λόγω περιορισμών λογισμικού στη μετάδοση και την υποστήριξη τους αντίστοιχα και εκτιμάται πως επηρεάστηκε από μη ορθή διαχείριση των μεγαλύτερου θορύβου παρατηρήσεων λόγω περιορισμών λογισμικού. Οι παράμετροι διεξαγωγής του, χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. Επίσης, ο smartphone PPK εντοπισμός παρουσιάζει ακρίβεια μερικών δεκάδων εκατοστών, επιτρέποντας έτσι την εκτίμηση, πως ο smartphone RTK εντοπισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί αν αρθούν οι περιορισμοί που τον επηρέασαν. Η διαθεσιμότητα του εντοπισμού, επηρεάζεται από την απόδοση λήψης του σήματος, έτσι εύκολα ο εντοπισμός αδυνατεί να υπολογιστεί σε λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες περιβάλλοντος χώρου. Τα αποτελέσματα των διερευνήσεων της δεύτερης σειράς παρατηρήσεων, έδειξαν πως οι στατικές smartphone RTT παρατηρήσεις, για αποστάσεις μέχρι και τα 45m, παρουσιάζουν σταθερά μέση τιμή, μεγαλύτερη από την απόσταση αναφοράς, που όμως δεν έχει χαρακτήρα συστηματικού σφάλματος. Παρουσιάζουν ακρίβεια μερικών δεκάδων εκατοστών που σταδιακά αυξάνεται με την αύξηση της απόστασης, αλλά δεν επηρεάζεται ραγδαία από την ισχύ λήψης του σήματος. Ακόμα, παρατηρείται ενδεχόμενη ευαισθησία σε φαινόμενα πολυανάκλασης. Ο παραγόμενος εντοπισμός από ταυτόχρονες κινηματικές RTT παρατηρήσεις, από τρία ΑΡ παρουσιάζει ακρίβεια μερικών δεκάδων εκατοστών και επομένως επιτρέπει την εκτίμηση πως μπορεί να παρουσιάσει ικανοποιητική απόδοση και σε λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες.	el
heal.abstract	The scope of this postgraduate diploma thesis is to investigate the potential that stems from the recent technological advances on GNSS and Wi-Fi Android smartphone positioning and to familiarize with its characteristics. Among other developments, the recent advances in smartphone satellite positioning refer to the ability to acquire the raw GNSS measurements from smartphones’ internal satellite receiver. Moreover, this is enhanced further by the capability of certain smartphone models to perform phase measurements, on more than one frequencies and more than one GNSS constellations. Regarding Wi-Fi positioning, the advances refer to the recently released IEEE 802.11mc-FTM protocol, which enables smartphones to perform range measurements based on the signal travel time (Round Trip Time - RTΤ). All these advances favor the implementation of positioning methods that improve smartphone positioning quality measures and contribute to user needs as part of the overall solution, which includes smartphone’s sensors fusion, connectivity and use of every possible source of information. In order to reach the goals of the thesis, two sets of measurement campaigns were conducted. The first one refers to GNSS observations gathered on typical outdoor conditions, in order to produce the pedestrian trajectory using the smartphone’s raw measurements and implementing the real time kinematic (RTK) method as well as the post process kinematic (PPK) method. These trajectories were assessed against the trajectory that was derived from the measurements of a high-end GNSS sensor using the PPK method. The second set of measurements refers to static Wi-Fi RTT observations gathered in open space and obstacle free conditions, in order to measure known distances and assess the observations. Also, short-range simultaneous kinematic Wi-Fi RTT observations were gathered under the same conditions, in order to produce the trajectory of a pedestrian moving along established reference points and assess the computed trajectory against the one defined by the sequence of the reference points. The results of the first set of measurements show that the smartphone’s GNSS observations, due to its antenna type, preset degraded performance regarding signal strength reception but L5/E5 are less affected. This leads to frequent tracking interruptions which impact the implementation of phase-based positioning methods. Also, the smartphone RTK positioning solution does not result the expected performance, as L5/E5 frequencies and the additional BeiDou satellites were not used due to software limitations in their transition and support respectively and because it was affected by software limitations regarding the handling of observations which are subject to greater noise. Its implementation needs further investigation. Furthermore, the smartphone PPK positioning presents accuracy performance of a few decimeters, which indicates that smartphone RTK positioning could be possible if the limitations are tackled. The results from the second set of measurements show that the smartphone’s Wi-Fi RTT static observations, for distances up to 45m, invariably present greater mean value for each known distance, without presenting a systematic-like error behavior. They present accuracy of a few decimeters which grows over greater distances but is not drastically affected by signal strength. Also, there are indications for sensitivity to multipath effect. The trajectories derived from kinematic Wi-Fi RTT observations present accuracy of a few decimeters, which indicates that sufficient performance could also be reached also in environments with less favorable conditions.	en
heal.advisorName	Γκίκας, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Γκίκας, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Παραδείσης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Σταθάς, Δημοσθένης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true