Oprogramowanie do precyzyjnego lokalizowania położenia obiektów

Streszczenie

Przedstawiam mój projekt – oprogramowanie do precyzyjnego lokalizowania położenia obiektów, który opracowałem w ramach mojej pracy inżynierskiej. Przeprowadziłem badania zarówno w warunkach idealnych, jak i rzeczywistych, wykorzystując trzy metody obliczeniowe: trilaterację, LBP (linear back projection) i ILBP (iterative linear back projection). Oprogramowanie napisałem w node.js jako aplikację serwerową obsługującą zapytania HTTP zgodnie z zasadami REST.

Podstawy zastosowanej metody obliczeniowej

1. Metoda trilateracji
   • Wykorzystuje pomiar odległości od co najmniej trzech punktów do określenia położenia obiektu.
   • Powszechnie stosowana w geodezji, nawigacji, kartografii oraz lokalizacji w systemach GPS i sieciach bezprzewodowych.
   • Implementacja oparta na algorytmie dostępnym na licencji MIT [38].
2. Metoda liniowej projekcji wstecznej LBP
   • Popularna metoda rekonstrukcji obrazów z danych projekcyjnych.
   • Stosowana w systemach lokalizacji obiektów, umożliwiając dokładną rekonstrukcję trójwymiarowych obrazów.
   • Stosowana np. w medycynie w tomografii komputerowej
   • Realizacja poprzez własny algorytm napisany w języku C++.
3. Metoda iteracyjnej liniowej projekcji zwrotnej ILBP
   • Ulepszona wersja LBP, umożliwiająca dokładniejszą rekonstrukcję obrazów z danych projekcyjnych.
   • Przydatna w systemach lokalizacji obiektów, szczególnie tam, gdzie wymagana jest precyzja.
   • Stosowana np. w medycynie w tomografii komputerowej
   • Implementacja oparta na własnym algorytmie napisanym w języku C++.

Technologie wykorzystane w programie

1. Node.js
   • Framework oparty na JavaScript do tworzenia aplikacji webowych po stronie serwera.
   • Działa asynchronicznie, obsługując operacje wejścia/wyjścia w czasie rzeczywistym.
2. Technologie frontendowe
   • HTML, CSS, JavaScript oraz framework Bootstrap.
   • Ułatwiają tworzenie responsywnych i atrakcyjnych wizualnie interfejsów.
3. Baza danych MongoDB
   • Nierelacyjna baza danych typu dokumentowego.
   • Elastyczna, skalowalna, wykorzystywana do przechowywania danych użytkowników i projektów.
4. Urządzenia zewnętrzne – System BLEO
   • Wykorzystywany do testowania oprogramowania.
   • Opiera się na technologii Bluetooth do lokalizacji obiektów wewnątrz pomieszczeń.
   • Połączenie z czujnikami poprzez wpisanie odpowiedniego adresu IP w programie.

Program

Oprogramowanie działa jako aplikacja internetowa, dostępna po wpisaniu odpowiedniego adresu URL. Po zalogowaniu użytkownik może tworzyć projekty, zarządzać nimi i dokonywać pomiarów online lub offline.

Tworzenie projektu

1. Określenie wymiarów pomieszczenia i stworzenie pola na mapie.
   • Definiowanie wymiarów obszaru lokalizacji.
   • Tworzenie graficznej reprezentacji pomieszczenia.
2. Oznaczanie położenia skanerów, zdefiniowanie parametrów.
   • Wskazywanie lokalizacji czujników i określanie ich właściwości.
   • Konfiguracja parametrów pomiarowych.
3. Zapisanie modelu w bazie danych lub na dysku.
   • Możliwość zapisania stworzonego modelu w bazie danych MongoDB lub na lokalnym dysku.

Pomiary – Strona edycji

1. Edycja modelu, zmiana położenia ścian, czujników.
   • Modyfikacja parametrów projektu na podstawie rzeczywistych danych.
   • Aktualizacja modelu pomieszczenia.
2. Wybór metody obliczeniowej (trilateracja, LBP, ILBP) lub własnego pliku .exe.
   • Możliwość wyboru preferowanej metody obliczeniowej dla danego pomiaru.
   • Implementacja własnej metody obliczeniowej poprzez plik .exe.
3. Pomiar online lub offline, analiza wyników.
   • Realizacja pomiarów w czasie rzeczywistym lub na podstawie wcześniej zapisanych danych.
   • Analiza wyników pomiarów i generowanie raportów.

Pozostałe funkcjonalności

• Rejestracja i logowanie użytkowników z wykorzystaniem tokena JWT.
  • Zabezpieczenie dostępu do aplikacji i danych użytkowników.
• Lista stworzonych modeli, możliwość eksportu i importu.
  • Przeglądanie i zarządzanie utworzonymi modelami pomieszczeń.
  • Import i eksport projektów w celu łatwiejszego udostępniania.
• Implementacja systemu komunikatów i powiadomień.
  • Informowanie użytkowników o ważnych zdarzeniach w systemie.
  • Powiadomienia dotyczące nowych pomiarów, zmian w projektach itp.

Testowanie

Przeprowadziłem testy oprogramowania w warunkach laboratoryjnych oraz w rzeczywistych pomieszczeniach o zróżnicowanej konfiguracji przestrzennej. Wyniki były zgodne z oczekiwaniami, potwierdzając skuteczność metody trilateracji i dokładność metod LBP oraz ILBP.

Wnioski

Opracowane przeze mnie oprogramowanie stanowi efektywną i elastyczną platformę do lokalizacji obiektów. Jego modułowość pozwala na łatwe dostosowanie do różnych potrzeb użytkowników. Wprowadzenie możliwości wgrywania własnych metod obliczeniowych dodatkowo zwiększa potencjał programu.

W trakcie prac nad projektem korzystałem z konsultacji mojego promotora, co znacząco przyspieszyło rozwój aplikacji. Otrzymana wiedza była kluczowa dla sukcesu pracy. Mam nadzieję, że moje oprogramowanie znajdzie zastosowanie w praktyce i przyczyni się do rozwinięcia dziedziny lokalizacji obiektów.