GPS na bázi satelitů je dneska už běžná věc, která se používá všude. Jak ale pracovat s navigací tam, kde není dostupná? Jak lokalizovat objekty nebo lidi v budovách? V této sérii si ukážeme, jak jednoduše udělat fungující lokalizaci s přesností na místnost v budově.
Lokalizace s přesností na místnost snadno a rychle (1/4)
Schopnost dostat se z bodu A do bodu B je stará jako lidstvo samo. Postupem času se z navigace stala, i kvůli mořeplavbě, samostatná disciplína. Je to disciplína s jediným cílem. Dostat člověka z bodu A do bodu B.
Navigace v autě je pouhá část skládačky. V tomto článku je navigace myšlena jako sada postupů, které mi umožní určit pozici nebo polohu na zeměkouli, případně zobecněním kdekoli v prostoru. Existuje mnoho navigačních metod, tedy způsobů určení polohy.
Proč se zabývat lokalizací bez satelitů?
Byly doby, kdy se člověk mohl orientovat podle kopce, rybníka, nebo třeba hradu. Na souši to stačilo a dostal jsem se do jiného města. Na volném moři se mořeplavec zase může orientovat podle hvězd nebo ve dne podle té nejbližší hvězdy ze všech, Slunce.
S dobýváním vesmíru přišla nová možnost; poslat satelity, které můžou naši pozici na povrchu planety určit ještě lépe, doslova na metry. GPS proto dnes najdeme téměř všude.
Tato navigace je ale použitelná pouze venku, když vidím oblohu nebo významné body. V budově jsou tyto způsoby nepoužitelné. Vlastně použít se dají, ale ne v takové podobě, aby pro nás byly intuitivní. Budovy jsou v dnešních městech docela velké a dokážou být i zrádné. Různé chodby a místnosti, jejichž rozložení a dispozice jsou napříč patry stejné, mohou člověka snadno zmást a snadno se v nich ztratí.
Proč určovat svou vlastní pozici kdesi v budově?
Odpověď je jasná. Orwellův svět plný sledování po internetu se rozroste i o možnost sledování našeho pohybu po budově. To je trochu antiutopický důvod, ale není daleko od pravdy. Má totiž mnohá praktická využití. Pokud chytrá domácnost ví, kde jsou její členové, dokáže lépe optimalizovat svůj chod. V nevyužitých místnostech například zhasnout světla a podobně.
Obchody mohou určení pozice použít k přesnější reklamě. Tam už lze použít iBeacon, ale ten funguje pouze jako maják, který vysílá webový odkaz, a s určením polohy nemá nic společného. Pokud se dostanete s telefonem do jeho dosahu, odkaz se zobrazí a hle – nabídka nejbližšího obchodu je na displeji telefonu i s nějakou tou slevou. Obchodní centra by lokalizaci mohla použít i k navigaci do určitého obchodu.
Není nutné se omezovat pouze na chytrý telefon. Různé druhy robotů by tuto službu taky využily. Třeba takový hlídací robot, který by procházel budovu, by tak mohl jasně určit, kde se možný vetřelec nachází. Poznal by to, protože by znal svou vlastní polohu.
Už to funguje?
Možnosti použití lokalizace v budově jsou vcelku široké, ale zatím se omezily jen na pár demonstračních aplikací. Google se například se svými Indoor Maps omezil pouze na velká letiště, stadiony, nákupní střediska a muzea v USA. O iBeaconu jsem již výše psal, jeho “lokalizace” je spíš marketingová, než reálná.
Proč ale není lokalizace v budovách tak rozšířená?
Technologické překážky tu nejsou, když už existují praktické aplikace. Kde je tedy zakopaný pes? Není to totiž tak jednoduché. Mnoho překážek je nutné vyřešit nebo elegantně obejít.
Prvním zádrhelem je volba použité technologie. Co je nemyslitelnou součástí dnešního světa? Internet. Tato všudypřítomná síť používá ke svému chodu taky bezdrátové přístupové body. Koncová zařízení jako telefon nebo notebook tak není nutné připojovat k síti kabelem, stačí se v nastavení připojit k určité síti, např. přes Wi-Fi.
Kam tím mířím? Tyto vysílače jsou po budovách často rozmístěny tak, aby pokryly svým signálem celý objekt. Co kdybychom k lokalizaci použili tyto existující přístupové body? Jaké by to mělo důsledky? Bude to stačit? Jaká bude přesnost? Jak to bude fungovat? A bude to vlastně vůbec fungovat?
Co se dozvíte a k čemu vám to bude?
V této sérii článků se vám pokusím ukázat, že s pouhou Wi-Fi sítí dostupnou po celé budově lze vcelku snadno udělat fungující lokalizaci s přesností na místnost v budově. Algoritmus vám neřekne, kde přesně v místnosti jste, ale místnost vám určí správně.
Použité algoritmy a postupy je možné aplikovat i na jiné bezdrátové sítě. Bluetooth, ZigBee nebo GSM, fantazii se meze nekladou a každá síť se hodí na něco jiného. V této sérii se budu zabývat hlavně Wi-Fi a Bluetooth Low Energy. Dneska je totiž má téměř každý smartphone.
Ukážu vám tři základní způsoby, jak lze k lokalizaci přistupovat.
Jsou to dead reckoning, multilaterace a metoda otisků (fingerprint method).
Tyto způsoby popíšu docela zevrubně, přijde na řadu i nějaká ta matematika. Nebojte se, žádná vysokoškolská matematika to nebude, i když znalost analytické geometrie se vám bude hodit.
A na závěr přihodím malé překvapení. Tyto principy lokalizace nejsou určené pouze pro vnitřní použití, jako jsou budovy. Můžeme je stejně tak dobře použít i venku, na Zemi, na Marsu, kdekoliv. Stačí nějaké vysílače, a pokud dokážeme přijímat jejich signál, dokážeme díky této sérii realizovat taky pěkné vychytávky.
Všechny články série:
