1. 1

2. 2 רקע כללי: כיום השיטה הנפוצה ביותר למציאת מיקום אדם מתבססת על מערכת Global Position System – GPS. למערכת זו יש מספר חסרונות : יש צורך לקבל את קוד הפענוח של אותות הלוויינים. המיקום בדיוק המרבי מתקבל דרך הקוד הצבאי (אשר מטבע הדברים לא נגיש לכולם ). נדרשת תקשורת רצופה לכמות מינימאלית של לוויינים, על מנת לקבל מיקום בהערכה גסה (שלושה) ישנן בעיות קליטה קשות מאוד בתוך מבנים שהופכות את השימוש במכשיר ללא רלוונטי. אי לכך נוצר צורך במערכות ניווט הפועלות במקומות בהם ה – GPS לא יעיל.

3. 3 טכנולוגיית MEMS, שפיתוחה צובר תאוצה בשנים האחרונות, נותנת אפשרות להשתמש במערכת עצמאית של מדידים, שאינה תלויה בגורמים חיצוניים. טכנולוגיה זו מאפשרת גישה שונה לקביעת מיקום שלא תלויה בגורמים חיצוניים ופותרת את הבעיות שיש למערכת ה - GPS.

4. 4 מערכת המדידים AHRS 400 של חברת Crossbow : מערכת ה - AHRS 400 היא מערכת שמשלבת מדי תאוצה ליניאריים, בקרי סיבוב (ג'יירוסקופ), מגנטומטר בשלושת הצירים ומד טמפרטורה. באופן זה יכול ה - AHRS 400 לתת תיאור מדויק של הדינאמיקה של הגוף אליה המערכת מחוברת.

5. 5 מחקרים קודמים: מחקר מרכזי שנעשה בנושא זה: “MEMS – IMU Based Pedestrian Navigator for Handheld Devices” By: Jani k äppi, Tampere University of Technology Jari Syrj ärinne, Nokia Mobile Phones Jukka Saarinen, Tampere University of Technology במחקר זה נעשה שימוש בערכת ניווט המבוססת על IMU כאשר הבעיה המרכזית הייתה קביעת כיוון ההליכה לאורך זמן. הפיתרון לבעיית הכיוון היה שימוש ב GPS לתיקון הסטיות.

6. 6 המאמר שהיווה את הבסיס למבנה המערכת הוא: “On Foot Navigation: When GPS alone is not enough" By: Quentin Ladetto, Geodetic Laboratory Institute of Physiology, Swiss Federal Institute of Technology. Bertrand Merminod, Geodetic Laboratory Institute of Physiology, Swiss Federal Institute of Technology. Philippe Terrier, Institute of Physiology, University of Lousanne, Switzerland. Yves Schutz, Institute of Physiology, University of Lousanne, Switzerland.

7. 7 גישות שונות: יש מספר גישות עיקריות למידול הליכה אנושית: גישה אחת מתייחסת למבנה המפרקי של הרגל ובודקת תאוצה של כל מפרק ומפרק בנפרד על מנת לחשב את אורך הצעד. גישה שנייה היא למדוד את תאוצת הגוף במרכז המסה ולבצע אינטגרציה כפולה בזמן על התאוצה, דבר שייתן לנו את המרחק עבור זמן נתון. גישה שלישית מתייחסת לשני פרמטרים עיקריים - תדירות ההליכה וכיוון ההליכה, לפי גישה זו כל דריכה מתאפיינת בתאוצה גבוהה בציר Z שמרגיש מרכז המסה של ההולך.

8. 8 גישה נבחרת: הגישה הנבחרת (3) מתאפיינת בשלושה פרמטרים: 1. אורך צעד. 2. תדירות הליכה. 3. כיוון. הרעיון המרכזי בגישה זו הוא כי יש קשר ליניארי ברור בין תדירות ההליכה לבין אורך הצעד. בנוסף ניתן להניח כי לכל אדם יש אורך צעד ממוצע, גודל המאפיין את הצעידה.

9. 9 המודל המתמטי: נגדיר את הפרמטרים: צעד = אם מתחילים בהליכה ברגל ימין צעד יהיה הדריכה ימין שמאל ימין. (step) אורך צעד ממוצע = במהירות הליכה רגילה של המשתמש. average step)) תדירות הצעידה = צעד נפרש על שני זמני מחזור, לכן מחזור יהיה המעבר מרגל ימין לשמאל או שמאל לימין כך ש f=. (frequency) כיוון צעידה = יאופיין על ידי כיוון התחלתי + שינוי כיוון תוך כדי הליכה. נעריך קשר ליניארי בין אורך הצעד לתדירות הצעידה לפי המשוואה: Step length = A + B*( frequency – f0) frequency – step frequency f0 – average step frequency A, B – user constants A – אורך צעד ממוצע. B – הוא הקשר בין אורך צעד לתדירות הצעידה.

10. 10 כיוון ההליכה: למערכת המדידים שבשימוש הפרויקט יש שתי אפשרויות למדוד כיוונים: הראשונה בעזרת gyro והשנייה בעזרת מד שטף מגנטי. בכל המחקרים הקודמים הכיוון נימדד ע"י ה gyro. במערכת ה AHRS מדידת הכיוון ע"י ה gyro הייתה בעייתית מכיוון שלמערכת יש סחיפה במדידת הכיוון. להלן הליכה בקו ישר כפי שמצטיירת ע"י המערכת כאשר משתמשים ב gyro למציאת הכיוון: כיוון ההליכה האמיתי m m

11. 11 מד השטף המגנטי מול ה - gyro תופעת הסחיפה ב – gyro לא מופיעה במד השטף המגנטי כפי שניתן לראות בגרף הבא:

12. 12 לכן בפרויקט זה הוחלט לשנות את הגישה שהייתה נהוגה עד כה - והכיוון נמצא ע"י מד השטף המגנטי, כאשר הכיוון הוא ביחס לצפון המגנטי של כדור הארץ. Arctag(mag_y/mag_x) נותן את זווית הראש ביחס לצפון של כדור הארץ. mag_y – y רכיב השטף המגנטי בציר mag_x – x רכיב השטף המגנטי בציר

13. 13 מדידות ותוצאות: המדידות השונות בוצעו בבנייני הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש מאייר ופישבך בטכניון. מטבעם של מדידות אלה לא ניתן לדייק בקביעת המרחק וכיוון המסלול, האינדיקציה למידול טוב של המסלול היא קבלת תמונה גרפית של מסלול ההליכה עם מרחק בסדר גודל הגיוני.

14. 14 הליכה הלוך וחזור m m

15. 15 יציאה מהכניסה לחדר 375 במעבדה לתקשורת עד משרד אחראי מעבדה לבקרה: m m

16. 16 ההליכה ממשרד המעבדה לבקרה אל דלפק קבלת שעורי הבית: m m

17. 17 ההליכה ממשרד המעבדה לבקרה אל דלפק קבלת שעורי הבית בצמוד לקיר. m m

18. 18 סיכום ומסקנות: מטרת הפרויקט הייתה לבנות מערכת שתתן אינדיקציה למיקומו של אדם במבנה. על פי התוצאות המוצגות המטרה הושגה! הניסויים בוצעו בפקולטה להנדסת חשמל שיש בה מכשירים רבים שפולטים שדה מגנטי בנוסף על אלה הקיימים בבניין רגיל. לא נתגלתה בעיה של רעש או סטייה לא מובנת במדידות השדה המגנטי. מערכת זו היא עצמאית לחלוטין ולא נעזרת באמצעים חיצוניים כמו המערכות במאמרים. במרחקים קצרים יחסית (עד 150 מטר) מערכת זו טובה יותר מהמערכות שבמאמרים.

19. 19 ככל שמהירות ההליכה גבוהה יותר למערכת יותר קל לזהות צעדים בציר Z. למערכת זו יש כמה נקודות תורפה: למערכת ישנה רגישות סף לזיהוי צעד. מערכת זו רגישה למהירות הצעידה. במדידות למרחקים ארוכים מאוד ייתכן כי למערכת זו בדומה למערכת דומות שניבנו בעבר, תהיה שגיאה מצטברת בכיוון הצעידה.

20. 20 backup