Entwicklung adaptiver Algorithmen in funkbasierten Lokalisierungssystemen

Projektleitung:Philippsen, M.
Zeitraum:15. Mai 2016 - 31. März 2017
Mitarbeiter:Mutschler, C.
Beschreibung:

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung adaptiver Algorithmen für den Einsatz in Funklokalisierungssystemen. Im Rahmen dieses Projekts werden drei wesentliche Themen bearbeitet:
Automatisierte Konfiguration der Ereignis-Detektoren. In vorangegangenen Forschungsprojekten wurden die Grundlagen zur Analyse verrauschter Sensordatenströme gelegt. Allerdings bestand hierbei noch das Problem, dass Ereignis-Detektoren aufwändig und genau parametrisiert werden müssen, zufriedenstellende Ergebnisse zu produzieren. Dieses Arbeitspaket betrachtet Möglichkeiten einer automatisierten Konfiguration der Ereignis-Detektoren auf Basis vorhandener Ereignis- und Sensordatenströme.
In 2016 wurden erste Konzepte untersucht, um aus einer Vielzahl vorhandener Spieldaten die optimale Konfiguration der Ereignis-Detektoren zu bestimmen. Dabei wurden in einer Fußballanwendungen Spiele und Spielszenen durch Sportwissenschaftler manuell annotiert (z.B. Spieler A tritt Ball mit linkem Fuß zum Zeitpunkt t). Diese manuell annotierten Spielszenen sollen später zur Optimierung der Parameter in der Hierarchie von Ereignisdetektoren herangezogen werden.
Evaluierung von Methoden und Techniken des maschinellen Lernens für Anwendungen zur Lokalisierung. In vorhergehenden Forschungsprojekten wurden bereits erste Algorithmen des maschinellen Lernens im Kontext funkbasierter Lokalisierungssysteme entwickelt (z.B. evolutionäre Algorithmen zur Bestimmung von Antennenpositionen und -ausrichtungen). Im Rahmen dieses Arbeitspakets werden weitere Ansätze untersucht, um Lokalisierungssysteme durch derartige Methoden zu unterstützen.
Im Jahr 2016 wurden erste Ansätze evaluiert, um Teile der Positionsrechnung laufzeitbasierter Funklokalisierungssysteme durch Methoden des maschinellen Lernens zu ersetzen. Bislang werden die Rohdaten solcher Systeme durch eine Signalverarbeitungskette (Analog-Digital-Wandlung, Ankunftszeitbestimmung, Kalman-Filterung, Bewegungsanalyse) zu einer Position verrechnet. Dies erfordert einen vergleichsweise hohen Installations- und Konfigurationsaufwand für die Inbetriebnahme eines Lokalisierungssystems in der Zielumgebung und für die Zielanwendung.
Evaluierung bildgebender Verfahren zur Unterstützung funkbasierter Lokalisierungssysteme. Funkbasierte Lokalisierungssysteme können ihre Stärken gegenüber Kamera-basierten Lokalisierungssystemen immer dann ausspielen, wenn es zu Verdeckungen von Objekten kommen kann. Im Gegenzug haben Funkbasierte Systeme Probleme mit metallischen Aufbauten/Oberflächen, da die Funkwellen an metallischen Oberflächen reflektiert werden und damit über mehrere Pfade an den Empfangsantennen empfangen werden. In diesem Arbeitspaket sollen Algorithmen für eine Bild-basierte Ortungskomponente entwickelt werden, um Funk-Lokalisierungssysteme bei der Positionsrechnung zu unterstützen.
In 2016 wurde damit begonnen zwei unterschiedliche Systeme zu entwickeln: CNNLok, ein System zur kamerabasierten Eigenlokalisierung von Objekten (sog. inside-out tracking), sowie InfraLok ein System zur Lokalisierung mir Kameras in der Infrastruktur (sog. outside-in tracking) auf Infrarot-Basis. CNNLok nutzt ein Convolutional Neural Network, trainiert auf einer Vielzahl von in der Zielumgebung erstellter Kamerabilder. Das Netzwerk liefert anschließend zu einem aktuellen Kamerabild die Position der Kamera (bzw. des Objektes) im Raum. InfraLok detektiert Infrarot-LEDs über ein Multi-Kamerasystem und ermittelt deren Position im Raum.

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