Nghiên Cứu Các Giải Pháp Định Vị Trong Nhà Hiệu Quả Dựa Trên Dữ Liệu Sóng Không Dây

• Tác giả: Ngô Văn Bình
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Đỗ Thanh Tùng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Các Giải Pháp Định Vị Trong Nhà Hiệu Quả Dựa Trên Dữ Liệu Sóng Không Dây
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Bài toán định vị dựa trên vị trí
• 1.2. Bài toán định vị trong nhà dựa trên dữ liệu sóng không dây
• 1.3. Các công nghệ không dây dùng định vị trong nhà
• 1.4. Tổng quan các phương pháp định vị trong nhà bằng dữ liệu sóng WiFi
• 1.5. Định vị trong nhà bằng phương pháp fingerPrinting
• 1.5.1. Kiến trúc hệ thống định vị bằng phương pháp fingerPrinting
• 1.5.2. Cơ sở dữ liệu fingerPrinting
• 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng định vị của hệ thống định vị trong nhà bằng fingerPrinting
• 1.7. Các phương pháp tăng hiệu quả, độ chính xác định vị của phương pháp fingerPrinting
• 1.7.1. Phương pháp chọn AP
• 1.7.2. Phương pháp phân cụm
• 1.7.3. Phương pháp fingerPrinting dựa trên thuật toán học máy
• 1.8. Một số kỹ thuật được áp dụng trong bài toán định vị trong nhà bằng phương pháp fingerPrinting
• 1.8.1. Phân cụm lan truyền độ tương đương
• 1.8.2. k Hàng xóm gần nhất
• 1.8.3. Máy hỗ trợ vector
• 1.8.4. Hồi quy tuyến tính
• 1.8.5. Hồi quy Logistic
• 1.8.6. Rừng ngẫu nhiên
• 1.8.7. Cây hồi quy bổ sung
• 1.8.8. Máy tăng cường độ dốc nhẹ
• 1.9. Các chỉ số đánh giá hiệu năng hệ thống định vị trong nhà
• 1.9.1. Mô hình phân lớp
• 1.9.2. Mô hình hồi quy
• 1.9.3. Siêu tham số
• 2. PHƯƠNG PHÁP CHỌN AP VÀ PHÂN CỤM CƠ SỞ DỮ LIỆU FINGERPRINTING
• 2.1. Bài toán định vị trong nhà bằng phương pháp fingerPrinting truyền thống
• 2.2. Đề xuất phương pháp chọn AP
• 2.3. Đề xuất phương pháp chọn cụm
• 2.4. Xây dựng môi trường thực nghiệm thực tế
• 2.4.1. Môi trường thực nghiệm
• 2.4.2. Bản đồ định vị và chỉ số quy đổi
• 2.5. Kết quả và đánh giá phương pháp chọn AP
• 2.5.1. Nội dung và kịch bản thực nghiệm
• 2.5.2. Kết quả thực nghiệm và đánh giá
• 2.6. Kết quả và đánh giá phương pháp chọn cụm
• 2.6.1. Lựa chọn phương pháp phân cụm
• 2.6.2. Kịch bản thực nghiệm
• 2.6.3. Kết quả thực nghiệm và đánh giá
• 3. MÔ HÌNH HỌC MÁY HAI GIAI ĐOẠN
• 3.1. Bài toán định vị trong nhà bằng phương pháp fingerPrinting dựa trên học máy
• 3.2. Mô hình đề xuất
• 3.3. Môi trường thực nghiệm và bài toán định vị
• 3.3.1. Bộ dữ liệu thực nghiệm
• 3.3.2. Bài toán định vị
• 3.4. Mô hình phân lớp hai giai đoạn dự đoán tòa tầng
• 3.4.1. Xây dựng và đề xuất mô hình phân lớp hai giai đoạn dự đoán tòa tầng
• 3.4.2. Kết quả thực nghiệm và đánh giá mô hình phân lớp hai giai đoạn dự đoán tòa tầng
• 3.5. Mô hình hồi quy hai giai đoạn ước lượng vị trí
• 3.5.1. Xây dựng và đề xuất mô hình hồi quy hai giai đoạn ước lượng vị trí
• 3.5.2. Kết quả và đánh giá mô hình hồi quy hai giai đoạn ước lượng vị trí
• 3.6. Kết quả và đánh giá mô hình đề xuất với dữ liệu thực tế
• 3.7. So sánh kết quả mô hình đề xuất với mô hình của các nghiên cứu khác
• KẾT LUẬN
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• A.1. Cơ sở dữ liệu và dữ liệu mẫu dùng trong chương 2
• A.1.1. Cơ sở dữ liệu
• A.1.2. Thu thập mẫu
• A.1.3. Kết quả chi tiết thực nghiệm đề xuất chọn AP
• A.1.3.1. Kết quả chi tiết thực nghiệm phương pháp chọn AP có RSS mạnh nhất
• A.1.3.2. Kết quả chi tiết thực nghiệm đề xuất chọn AP
• A.1.3.3. Siêu tham số

I. Tổng quan về định vị trong nhà

Định vị trong nhà là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hệ thống thông tin, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển công nghệ không dây. Định vị trong nhà sử dụng các công nghệ như sóng không dây để xác định vị trí của người dùng hoặc thiết bị trong không gian kín. Các giải pháp định vị này không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn hỗ trợ trong nhiều ứng dụng thực tiễn như quản lý kho, an toàn trong tòa nhà và dịch vụ khách hàng. Hệ thống định vị trong nhà (IPS) đã trở thành một phần không thể thiếu trong các tòa nhà thông minh và các dịch vụ dựa trên vị trí. Theo thống kê, nhu cầu về IPS đang gia tăng nhanh chóng, với doanh thu dự kiến đạt 24 triệu USD vào năm 2027.

1.1. Các công nghệ không dây trong định vị

Các công nghệ không dây như WiFi, Bluetooth, và sóng siêu âm đã được nghiên cứu và áp dụng trong định vị trong nhà. Trong đó, WiFi được coi là công nghệ phổ biến nhất nhờ vào khả năng phủ sóng rộng và chi phí thấp. Hệ thống định vị GPS, mặc dù chính xác trong môi trường ngoài trời, lại gặp khó khăn trong việc hoạt động hiệu quả trong không gian kín. Do đó, việc phát triển các giải pháp định vị dựa trên sóng không dây là cần thiết để cải thiện độ chính xác và hiệu suất của các hệ thống này.

II. Phương pháp fingerPrinting trong định vị

Phương pháp fingerPrinting là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất trong định vị trong nhà. Phương pháp này dựa trên việc thu thập dữ liệu cường độ tín hiệu từ các điểm truy cập WiFi (AP) và xây dựng một cơ sở dữ liệu để ước lượng vị trí. Giải pháp định vị này có ưu điểm là dễ dàng tích hợp với các thiết bị thông minh và không yêu cầu thêm phần cứng. Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như vật cản và sự thay đổi của tín hiệu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lựa chọn AP phù hợp và sử dụng các thuật toán học máy có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của phương pháp fingerPrinting.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác

Độ chính xác của phương pháp fingerPrinting phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng tín hiệu và sự phân bố của các AP. Các vật cản trong môi trường như tường và đồ nội thất có thể làm suy giảm tín hiệu, dẫn đến sai số trong việc xác định vị trí. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các thuật toán phân cụm và học máy có thể giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống. Việc tối ưu hóa lựa chọn AP cũng là một yếu tố quan trọng để giảm thiểu sai số trong quá trình định vị.

III. Ứng dụng thực tiễn của định vị trong nhà

Các ứng dụng của định vị trong nhà rất đa dạng, từ việc quản lý kho hàng đến hỗ trợ khách hàng trong các trung tâm thương mại. Hệ thống định vị có thể giúp người dùng tìm kiếm vị trí của sản phẩm, điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao trải nghiệm mua sắm. Trong các bệnh viện, hệ thống này có thể giúp theo dõi vị trí của bệnh nhân và thiết bị y tế, từ đó cải thiện hiệu quả chăm sóc sức khỏe. Do đó, việc phát triển các giải pháp định vị hiệu quả là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

3.1. Tương lai của định vị trong nhà

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của định vị trong nhà hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến đáng kể. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và hiệu suất của các hệ thống định vị thông qua việc áp dụng các công nghệ mới như học máy và trí tuệ nhân tạo. Điều này không chỉ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực như thương mại điện tử, quản lý tài sản và an toàn công cộng.