Разработка баз данных 'Навигация в здании'

Разработка баз данных 'Навигация в здании'

Введение

Данная работа посвящена проектированию базы данных платформы для навигации внутри зданий.

Indoor Positioning System (IPS) - cеть из устройств, используемых для определения местоположения объектов или людей внутри здания. Вместо спутников, IPS использует близкие к нему точки с уже известными координатами. Созданные для IPS устройства используют оптические, радио и акустические технологии.[1]

Local positioning system (LPS) - это навигационная система, которая обеспечивает информацию о местоположении в любую погоду, в любом месте в пределах зоны действия сети, где есть прямой доступ до трех или более сигнальных маяков [2] из которых известно точное местоположение. Особый типом LPS является система определения местоположения в режиме реального времени (Real-time LS [3]), которая и позволяет в режиме реального времени отслеживать объекта или человека в замкнутом пространстве, например в здании.[4]

Hybrid positioning systems - системы для нахождения местоположения мобильного устройства, использующие несколько различных технологий позиционирования. Обычно GPS является одним из основных компонентов таких систем, в сочетании с вышками сотовой связи, беспроводными технологиями, Bluetooth или других локальных систем позиционирования.

Эти системы специально предназначены для преодоления ограничений GPS.[5]

Цифровая карта - цифровая модель местности, созданная путем оцифровки картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации.[6]

Трилатерация - метод определения положения геодезических пунктов путём построения на местности системы смежных треугольников, в которых измеряются длины их сторон. Является одним из методов определения координат на местности наряду с триангуляцией (в которой измеряются углы соответствующих треугольников) и полигонометрией (производится измерение как углов, так и расстояний).[7]

На данный момент практически все у кого есть мобильное устройство с возможностью глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС) пользуются услугой определения местоположения. Однако, несмотря на существенную помощь в нахождении пользователя на карте, эта услуга не доступна внутри помещений. Непосредственный прием сигналов спутниковых систем возможен только в условиях открытого пространства. Наличие различных перекрытий, а также плотная застройка городов, приводят к ослаблению уровня сигнала, повышению помех и снижению точности определения координат в точке измерения. Это приводит к тому, что в настоящее время популярными оказываются услуги по определению местоположения мобильных абонентов на основе наземных систем, таких как GSM, UMTS (сотовые системы мобильной связи) и Wi-Fi (сети беспроводного доступа).

Мобильные устройства используются повсюду. Согласно данным Strategy Analytics [8], в настоящий момент пользователи мобильных приложений, находящиеся внутри зданий, создают до 80% мобильного трафика. По данным EPA 90% всего времени люди тратят находясь в помещении[9 1:17 минута]. Из-за такого интереса пользователей в данный момент ведется множество разработок приложений для позиционирования человека в здании (Indoor Location).

В 2012 году большими компаниями (Nokia, Samsung и др.) создали альянс "In-location Alliance" для продвижения IPS [10].

Между тем, люди попадающие в большое здание (аэропорт, стадион, университет, больница, торговый центр и пр.) впервые, зачастую не могут сразу найти необходимый терминал, комнату, магазин. В попытках найти нужное место на бумажной карте (если она вообще есть) или по указателям теряется драгоценное время. IPS позволяет "найтись" на карте в мобильном устройстве. Пользователь всегда может открыть приложение и система подскажет, где он находится и покажет, что находится вокруг.

Приложения использующие навигацию внутри помещения[1]:

1.       Дополненная реальность

.         Кампус школы

.         Навигация внутри музеев, аэропортов, торговых центров и бизнес-центров

.         Навигация в торговом центре

.         Навигация в аэропорту

.         Навигация в магазине

.         Целевая реклама

.         Навигация в больнице, университете, торговом центре

.         Навигация в случае аварийной ситуации

.         Cheсk-in приложение

В этой курсовой работе будет рассматриваться создание платформы на основе которой, возможно создание приложений или сервисов, отвечающих необходимым требованиям пользователей.

На данный момент не существует общей открытой платформы на основе, которой можно было бы реализовывать проекты по навигации внутри зданий. Разрабатываемые проекты Google Maps[11] или Nokia[12] и др. являются закрытыми и не дают возможности сделать приложение удобное отдельной компании или лично пользователю. К тому же зачастую подобные проекты представляют собой приложения для выполнения одной функции (только навигация в аэропорте, только в ТЦ и т.д.).

Цель работы: разработать проект платформы позволяющей осуществлять навигацию и место-определение пользователя в здании.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

. провести анализ предметной области;

. разработать требования к платформе;

. разработать интерфейс пользователя;

. разработать схему базы данных;

. разработать запросы к базе данных.

Объектом исследования является база данных.

Предмет исследования - проектирование базы данных для платформы навигации внутри зданий.

Структура данной работы такова:

В первом разделе проводится анализ предметной области, на котором в дальнейшем будет основана разработка требований к разрабатываемой платформе. Анализ проводится на примере сервисов:

) Google Maps

) MazeMap

) GateGuru

Во втором разделе, на базе проведенного анализа, разрабатывается список основных требований к платформе.

В третьем разделе на базе проведенного анализа предметной области, разрабатывается реляционная схема базы данных.

В четвертом разделе разрабатываются запросы к базе данных, позволяющие реализовать все требования, сформулированные во втором разделе. Запросы формулируются как на языке реляционной алгебры, так и на языке SQL.

В заключительном разделе делаются выводы из проделанной работы.

сервис навигация реляционный запрос

1. Анализ предметной области

В данной главе будет рассмотрено несколько примеров применения данной платформы, представлена программная реализация идеи навигации в здании от различных фирм.

В данной работе основное внимание уделено базе данных, поэтому процессы навигации и позиционирования будут затронуты поверхностно.

Источники, использованные для исследования предметной области:

. Википедия (свободная энциклопедия) дала описание терминов и позволила быстро найти необходимую связанную с данными терминами информацию.

. Google I/O 2013 - The Next Frontier: Indoor Maps данная конференция довольно точно и кратко описывает важность indoor-навигации в помещениях, а также позволяет осознать насколько разнообразны применения данного вида навигации.

3. Книга "An evaluation of indoor location determination technologies" Kevin Curran, Eoghan Furey

Данная книга позволяет лучше понять термины, которые возникли в процессе исследования этой проблемы и предполагает новые возможности применения данной системы. Так же эта книга дает представление о самых популярных использующихся на данный момент способах определения местоположения и позволяет понять, возможно ли осуществление идеи предложенной в этой работе технически.

. Книга "Основы геоинформатики" Тикунов В.С. дала представление о том, что такое ГИС, позиционные и непозиционные пространственные данные, а также в ней описаны требования к БД карт, что карта является результатом обработки и визуализации данных, организованных и структурированных в виде базы географических данных.

В процессе исследования темы не было найдено полной удовлетворяющей статьи необходимости данной платформы и системы IPS, однако количество находящихся в разработке (по данным Indoor LBS [13]) проектов у таких корпораций как Apple, Nokia, Google, Microsoft, уже реализованных проектов (см. Введение) и др., позволяет оценить масштабы интереса проявляемого к данной проблеме.

Чтобы создать решение, необходимо поставить проблему: на данный момент не существует открытой и доступной платформы, с помощью которой любая фирма или отдельный пользователь могли бы создать сервис или приложение отвечающее их нуждам. Например отдельный сервис навигации для больницы или для какой-либо фирмы, для университета и пр..

Рассмотрим существующие решения:

Google Maps

https://maps.google.ru/

Данный сервис:

●       позволяет определить свое местоположение;

●       осуществляет навигацию в здании (аэропорт, музей, торговый центр) данные которого предоставлены в пользование сервиса;

●       показывает расположенные по близости кафе\точки досмотра\медпункты и пр.;

●       позволяет делится адресом;

●       поддерживает различные языки интерфейса.

Пользователями являются:

●       Туристы, которым необходимо сориентироваться в аэропорту, найти кафе или терминал;

●       Покупатели в торговых центрах, которые ищут нужный магазин;

●       Туристы в музее получают информацию об экспонатах и могут ориентироваться в залах;

●       Иностранцы не знающие язык, могут с помощью этой программы найти необходимое им место.

MazeMap

#"723752.files/image003.gif">

#"723752.files/image004.gif">

Добавление комментария позволит пользователю помочь разработчикам карты актуализировать данные.

Пользователь имеет возможность при нажатии на объект получить информацию о нем, такую как: изображение объекта, его название (например Терминал D, магазин "Все для дома", аудитория A-311 и пр.), описание и отзывы.

На карте здания должно быть указано наименование места. Для того, чтобы пользователь мог узнать (без помощи навигации) есть ли поблизости интересующее его место

Вариант отображения информации об объекте на карте, например для музеев.

Система предоставляет возможность проложить кратчайший маршрут пользователя до интересующего его места в здании. Для этого необходимо указать место, куда пользователь хочет попасть, это можно сделать с помощью поиска или просто указав на экране необходимое место.

4. Разработка схемы базы данных

Разработка схемы базы данных важная составляющая в процессе создания проекта данной платформы. Схема базы данных позволяет выполнять системе выполнять все ключевые требования, которые к ней предъявляются.

В этом разделе приведен SQL-скрипт, который создает схему БД:

Create table node (int unique not null primary key,float not null,float not null,int not null,bool not null,

);table tag (int not nullvarchar (30),varchar (4095),

);table relations (int not nullbool not null,int not null

);table node_relation (key (id_relat) references relations(guid), foreign key (id_node) references node(guid)

);table user (int not null unique,

password int not null,

);

Рассмотрим значение каждого атрибута: guid - ключевой атрибут имеющий уникальное значение. Каждый объект на карте обязан иметь уникальное имя, для идентификации его в базе данных. Этот атрибут является первичным ключом в таблицах node, relations, tag. Является внешним ключом.

lot - координаты долготы на карте.

lat - координаты широты на карте.

lay - слой, который показывается в настоящий момент пользователю, в данном проекте реализует этаж здания.

visibility - это атрибут видимости объекта. Необходим, чтобы обычный пользователь не видел технические данные на карте и, например, маяки. Маяк (точка, определяющая местоположение), вентиляция, служебные коридоры и пр. не должны быть видимы пользователю на карте.

name - столбец имен различных тэгов.

content - в таблице tag обозначает различную информацию об объекте, в зависимости от имени тэга (tag.name), которую видит пользователь. Например tag.type может быть как кафе, так и кабинет, терминал, и пр.

Например: