[論文レビュー] Location Update Accuracy in Human Tracking system using Zigbee modules

B. Amutha, M. Ponnavaikko|ArXiv.org|Dec 5, 2009

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 12被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、視覚障害者を特に念頭に置き、位置更新の正確性を向上させるためにZigbeeとGPSを組み合わせたハイブリッド人体追跡システムを提案する。歩行パターンに起因する段階的変動を平滑化するためのマルコフ連鎖アルゴリズムを適用することで、屋内および屋外のナビゲーションにおいて高い精度を達成し、視覚障害者向けの信頼できるナビゲーション支援の可能性を示している。

ABSTRACT

A location and tracking system becomes very important to our future world of pervasive computing. An algorithm for accurate location information is being incorporated in the human walking model and in the blind human walking model. We want to implement an accurate location tracking mechanism using Zigbee along with GPS, we have incorporated Markov chain algorithm for establishing accuracy. Normal Human and blind human walking steps were actually taken in the known environment within our campus and the Markov chain algorithm was used for smoothening the stepwise variation in location updates. A comparison module is also implemented to show the difference between normal human and blind human walking step variations. This accuracy is used for designing a blind tracking device so that the device can be used by the blind for finding the path without obstacles. We present a system level approach to localizing and tracking Human and blind users on a basis of different sources of location information [GPS plus Zigbee]. The system can be applied outdoors especially for avoiding accidents, GPS as the source of location data. Performance evaluation shows that the system is accurate and it is a future path finding device with service for the blind.

研究の動機と目的

• 低コストの無線技術を用いた人体移動システムにおける位置追跡の正確性を向上させること。
• 歩行パターンに起因する段階的変動によって引き起こされる一貫性のない位置更新の課題に対処すること。
• 通常の人と視覚障害者を支援するシステムを構築し、視覚障害者のための障害物のない経路探索に焦点を当てること。
• 屋内および屋外環境における堅牢な局所化を実現するため、GPSとZigbeeのデータ統合を行うこと。
• 通常の人と視覚障害者の歩行パターンにおけるステップ変動を評価・比較し、より良い追跡設計を実現すること。

提案手法

• 屋内環境における短距離でリアルタイムの位置更新を実現するために、Zigbeeモジュールを用いる。
• GPSは屋外の位置データを提供し、GPSとZigbeeのデータ統合によりシームレスな追跡を実現する。
• 歩行パターンに起因する段階的変動をモデル化・平滑化するため、マルコフ連鎖アルゴリズムを適用する。
• 既知のキャンパス環境で、通常の人と視覚障害者の両方を対象に歩行実験を実施した。
• 通常の人と視覚障害者の間でのステップ変動の差を分析するための比較モジュールを実装した。
• さまざまな環境条件下での局所化および追跡の正確性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ZigbeeとGPSを用いた人体追跡システムにおいて、位置更新の正確性をどのように向上させられるか？
• RQ2 歩行ベースの追跡において、マルコフ連鎖アルゴリズムは段階的変動をどのように低減するか？
• RQ3 視覚障害者の歩行パターンは、通常の人と比べて、位置更新の一貫性においてどのように異なるか？
• RQ4 ハイブリッドZigbee-GPSシステムは、屋内および屋外環境において追跡の信頼性をどの程度向上させるか？
• RQ5 このシステムは、視覚障害者の実用的な経路探索支援として機能できるか？

主な発見

• マルコフ連鎖アルゴリズムは、段階的変動を顕著に低減し、追跡の滑らかさと正確性を向上させた。
• ZigbeeとGPSのデータを統合した場合、単独のGPSよりも位置更新の正確性が著しく向上した。
• 視覚障害者はより不規則な歩行パターンを示し、これにより位置更新の変動が大きくなったが、システムはこれを効果的に補償した。
• 比較モジュールにより、通常の人と視覚障害者の間で明確に異なる歩行行動パターンが確認され、システムのキャリブレーションに役立った。
• 性能評価により、システムの信頼性と視覚障害者向けの将来的なナビゲーション支援としての適性が確認された。
• ハイブリッドシステムは一貫性があり正確な局所化を達成し、実世界での支援技術への展開可能性を裏付けた。