Mobility aid using localization via local magnetic field fingerprinting
En raison de l'omniprésence du champ géomagnétique et la disponibilité de sa mesure sans besoin d'infrastructures onéreuses, le positionnement intérieur basé sur le champ magnétique a suscité un intérêt considérable de la part des universitaires et des industriels. Cependant, les applicati...
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| Auteur principal: | |
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| Autres auteurs: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Anglais |
| Publié: |
2022.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2022ORLE1046_va.pdf http://www.theses.fr/2022ORLE1046/abes https://theses.hal.science/tel-04206507 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Rachid Harba (Président du jury) ; Ni Zhu, Toko Kamtcheung (Membre(s) du jury) ; Abdeldjalil Aissa-El-Bey, Adel Belouchrani (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Aide à la mobilité utilisant la localisation via l'empreinte du champ magnétique local |
| Résumé: | En raison de l'omniprésence du champ géomagnétique et la disponibilité de sa mesure sans besoin d'infrastructures onéreuses, le positionnement intérieur basé sur le champ magnétique a suscité un intérêt considérable de la part des universitaires et des industriels. Cependant, les applications de positionnement intérieur basées sur le champ magnétique sont difficiles en raison de sa faible discrimination spatiale, de l'hétérogénéités des dispositifs de mesure et de l'interférence des matériaux ferromagnétiques. Cette thèse contribue à démontrer la faisabilité du positionnement intérieur basé sur le champ magnétique en relevant les défis du positionnement par champ magnétique. Nos contributions sont les suivantes : D'abord, nous avons réalisé une étude de l'état de l'art du positionnement intérieur basé sur le champ magnétique. Les caractéristiques du champ géomagnétique et les avantages et défis de la localisation par champ magnétique sont présentés en détail. Les modèles de magnétomètres et les interférences ferromagnétiques sont décrits. Plusieurs systèmes de coordonnées pour la localisation par champ magnétique et leurs relations de transformation sont présentés. Les ensembles de données de référence sur le champ magnétique accessibles au public sont passés en revue.Les algorithmes de calibration des magnétomètres et la construction efficace des cartes de champ magnétique sont décrits.Les méthodes de localisation du champ magnétique les plus récentes (repères magnétiques, déformation temporelle dynamique, empreintes magnétiques, filtrage bayésien, localisation et cartographie simultanées et réseaux neuronaux) sont résumées dans cette étude bibliographique. La deuxième contribution est une analyse des défis et de la faisabilité de la localisation du champ magnétique à travers une série d'expériences. Des tests statiques, de trajectoire et de rotation montrent les caractéristiques magnétiques de smartphones hétérogènes. Les tests de calibration de smartphones hétérogènes démontrent que la calibration des smartphones est une tâche essentielle au problème de l'hétérogénéité des dispositifs de mesure de champs magnétiques. Les tests de classification avec des smartphones hétérogènes montrent la faisabilité de la localisation du champ magnétique ainsi que ses limites. La troisième contribution consiste en une méthode robuste basée sur ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers) pour calibrer des magnétomètres à trois axes en présence de mesures aberrantes et parasites. Deux méthodes de prétraitement des valeurs aberrantes sont proposées, à savoir les méthodes de troncature et de compression. L'algorithme de calibration des magnétomètres basé sur ADMM est comparé à d'autres méthodes de pointe, et la robustesse ainsi que la précision de l'algorithme de calibration des magnétomètres basé sur ADMM sont démontrées avec des données synthétiques. En conclusion, notre recherche offre plusieurs nouvelles contributions au positionnement intérieur basé sur les mesures de champs magnétiques. Dans ce travail de recherche, nous avons aussi initié des études sur la localisation de zones par trajectoires ainsi que de nombreuses comparaisons de méthodes de classification et localisation via l'empreinte locale du champ magnétique. Cette étude des défis et solutions potentielles relatifs à l'utilisation des mesures de champ magnétique pour la localisation de mobile en fait un pas en avant prometteur pour les applications du monde réel. Due to the pervasiveness and infrastructure-free characteristics of the geomagnetic field, magnetic field-based indoor positioning has garnered significant interest from academics and industry. Magnetic field-based indoor positioning applications are challenging due to low spatial discrimination, heterogeneous devices, and ferromagnetic materials interference. This thesis contributes to the analysis of the feasibility of magnetic field-based indoor positioning by addressing some of its main challenges. Our contributions are as follows:At first, a state-of-the-art survey in magnetic field-based indoor positioning is provided. The characteristics of the geomagnetic field and the advantages and challenges of magnetic field localization are introduced in detail. Magnetometer models and ferromagnetic interference are described. Several coordinate systems for magnetic field localization and their transformation relationships are presented. Publicly available magnetic field benchmark datasets are surveyed.Magnetometer calibration algorithms and the efficient construction of magnetic field maps are described. State-of-the-art magnetic field localization methods (e.g., magnetic landmarks, dynamic time warping, magnetic fingerprinting, Bayesian filters, simultaneous localization and mapping, and neural networks) are summarised in this overview study.The second contribution is an analysis of the challenges and feasibility of magnetic field localization through a series of experiments.Static, trajectory and rotational tests show the magnetic characteristics of heterogeneous smartphones. Calibration tests of heterogeneous smartphones demonstrate that smartphone calibration is an essential solution to the problem of heterogeneous devices used for the measurements of magnetic fields. Classification tests of heterogeneous smartphones show the feasibility of magnetic field localization as well as its limits.The third contribution presents a robust method based on ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers) for calibrating three-axis magnetometers in the presence of outliers and spurious measurements. Two pre-processing methods for outliers are proposed, namely truncation and compression methods. The ADMM-based magnetometer calibration algorithm is compared with other state-of-the-art methods, and the robustness and accuracy of the ADMM-based magnetometer calibration algorithm are demonstrated with synthetic data. In conclusion, our research offers several new contributions to indoor positioning based on magnetic fields.In addition, we have initiated certain studies related to trajectory-based zone localization and fingerprinting methods performance comparison. This work relative to the analysis of the challenges as well as the potential solutions for mobile localization based on magnetic field measurements represents a promising step forward for real-world applications. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Rachid Harba (Président du jury) ; Ni Zhu, Toko Kamtcheung (Membre(s) du jury) ; Abdeldjalil Aissa-El-Bey, Adel Belouchrani (Rapporteur(s)) |
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