Υλοποίηση Συστήματος

housescallipygeanInternet and Web Development

Oct 21, 2013 (3 years and 10 months ago)

148 views

Ανθρωποκεντρική Πλοήγηση
σε Εσωτερικούς Χώρους

Ερευνητική Ομάδα Διάχυτου Υπολογισμού

http://p
-
comp.di.uoa.gr


Βασίλειος Τσέτσος

ΑΜ:Μ655

Διπλωματική Εργασία

Επιβλέπων Καθηγητής: Ευστάθιος Χατζηευθυμιάδης


Αθήνα,
26

Οκτωβρίου 2005


Βασίλειος Τσέτσος

2

Δομή παρουσίασης



Εισαγωγή


Σχεδιασμός Συστήματος



Υλοποίηση Συστήματος


Συμπεράσματα

Βασίλειος Τσέτσος

3

Συστήματα πλοήγησης για πεζούς


Πλοήγηση

=
τυπική υπηρεσία θέσης


Σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους (
indoor vs.
outdoor
)


Η πλοήγηση σε εξωτερικούς χώρους έχει σημειώσει
μεγαλύτερη πρόοδο
(GPS
και των
GIS)


Σε εσωτερικούς χώρους η έρευνα καθοδηγείται από
πλοήγηση ρομπότ


Συστήματα εσωτερικής πλοήγησης



Ξενάγηση σε μουσεία


Εξειδικευμένες λύσεις για ΑμεΑ



Σημασιολογικές υπηρεσίες θέσης
:
μια νέα προσέγγιση



«Ευφυείς» υπηρεσίες που βασίζονται σε τεχνολογίες
γνώσης και
υβριδική χωρική μοντελοποίηση


Ανθρωποκεντρικές υπηρεσίες, κατάλληλες για ΑμεΑ


Απαραίτητα συστατικά των


ευφυών χώρων


(
smart
spaces
)






Βασίλειος Τσέτσος

4

Κίνητρα και στόχοι


Ένας χρήστης δεν μπορεί εύκολα να
περιηγηθεί σε
πολύπλοκα ή άγνωστα

κτιστά
περιβάλλοντα


Τα
ΑμεΑ

αντιμετωπίζουν επιπλέον δυσκολίες
κατά τη πλοήγηση και καταβάλλουν πολύ
κόπο αν ακολουθήσουν «λάθος» διαδρομές


Λύση: Η σωστή εκμετάλλευση της
σημασιολογίας

των κτιστών περιβαλλόντων
σε συνδυασμό με τα μοντέλα χρηστών


Στόχος Α
:

η εξατομικευμένη επιλογή
μονοπατιών σε εσωτερικούς χώρους


Στόχος Β:

η εφαρμογή τεχνολογιών
Σημασιολογικού Ιστού σε Υπηρεσίες Θέσης

Βασίλειος Τσέτσος

5

Σενάριο πλοήγησης

(I)

Προορισμός

5

πιθανά

μονοπάτια

Βασίλειος Τσέτσος

6

Σενάριο πλοήγησης

(II)

Προορισμός

2

προσβάσιμα

μονοπάτια

Το

«καλύτερο» προσβάσιμο μονοπάτι

δεν είναι το συντομότερο πιθανό

Βασίλειος Τσέτσος

7

Δομή παρουσίασης



Εισαγωγή


Σχεδιασμός Συστήματος



Υλοποίηση Συστήματος


Συμπεράσματα

Βασίλειος Τσέτσος

8

Αρχιτεκτονική

Συστήματος

Πλοήγησης

Βασίλειος Τσέτσος

9

Λειτουργικότητα
(I)

Χωρική ΒΔ

Κατόψεις κτιρίου

(GIS)

Indoor

Navigation

Ontology (INO)


Στιγμιότυπα

INO


Προφίλ χρήστη

(
στιγμιότυπα
UNO)

Προσβάσιμα

Στιγμιότυπα

INO

Προσβάσιμος γράφος κτιρίου


Κανόνες φυσικών

ικανοτήτων


Βασίλειος Τσέτσος

10

Λειτουργικότητα

(II)

kSP

ΕΜ

Κανόνες αντιληπτικών

ικανοτήτων και

άλλων προτιμήσεων

Θέση χρήστη (αφετηρία)

και προορισμός

ΥΠ

Καλύτερο

Προσβάσιμο

Μονοπάτι

k

συντομότερα

μονοπάτια

Προσβάσιμος γράφος κτιρίου

kSP
:
αλγόριθμος εύρεσης
k

συντομότερων μονοπατιών

ΕΜ
: επιλογή τελικού μονοπατιού

ΥΠ
: παρουσίαση μονοπατιού

Προσβάσιμα

Στιγμιότυπα

INO

Βασίλειος Τσέτσος

11

Οντολογία Πλοήγησης Εσωτερικών Χώρων


Indoor Navigation Ontology (INO) I


Μοντελοποιεί σύνθετα κτιστά
περιβάλλοντα με έμφαση στα στοιχεία
πλοήγησης


Περιέχει έννοιες και συσχετίσεις:


χώρου


Κτίριο
,

Δωμάτιο, Όροφος, Διάδρομος,




μονοπατιών


Στροφές, Εξόδος Δωματίου, Ανελκυστήρας,
Σκάλες, …


για την υλοποίηση της επιλογής των
μονοπατιών



Βασίλειος Τσέτσος

12

Οντολογία Πλοήγησης Εσωτερικών Χώρων


Indoor Navigation Ontology (INO) II

Βασίλειος Τσέτσος

13

Προφίλ χρηστών


Περιγράφουν τις ικανότητες και τις προτιμήσεις
των χρηστών, όσον αφορά την πλοήγηση


Ένα προφίλ περιέχει
:


Τις φυσικές ικανότητες του χρήστη

(
π.χ.,
ανάπηρος, έγκυος, τυφλός
)


Τις αντιληπτικές ικανότητες του χρήστη

(
π.χ.,
αναλφάβητος, ηλικιωμένος
)


Τις διάφορες προτιμήσεις

του
(
π.χ., προτίμηση σε
ανελκυστήρες αντί για σκάλες
)


Ένας χρήστης επιλέγει κάποιο προκαθορισμένο
προφίλ, που μπορεί ύστερα να εξατομικεύσει


Τα προφίλ περιγράφονται με την οντολογία
UNO

(
User Navigation Ontology
)



Βασίλειος Τσέτσος

14

Κανόνες επιλογής μονοπατιών


Προκαθορισμένο αλλά επεκτάσιμο σύνολο
κανόνων


Π.χ., Αν ο χρήστης είναι ανάπηρος, τότε απέκλεισε όλες
τις σκάλες από το χώρο πλοήγησης


Οι κανόνες συντάσσονται με βάση την
ορολογία της ΙΝΟ και της
UNO


Π.χ.,
uno:HandicappedUser(u) AND ino:Stairway(s)
THEN assert[ino:isObstacleFor(s,u)]


Χρησιμοποιούνται αρχικά για τον αποκλεισμό
των μη
-
προσβάσιμων στοιχείων του χώρου
και κατόπιν για την επιλογή του
καταλληλότερου μονοπατιού


Βασίλειος Τσέτσος

15

Υπηρεσία Πλοήγησης

(
ΥΠ
)


Είναι η διεπαφή ανάμεσα στους χρήστες και
το σύστημα
OntoNav


Λαμβάνει τις αιτήσεις των χρηστών


Ανακτά τη θέση των χρηστών από το
σύστημα προσδιορισμού θέσης*


Χειρίζεται θέματα παρουσίασης οδηγιών
πλοήγησης*


* δεν καλύπτεται ή καλύπτεται μερικώς στην παρούσα εργασία


Βασίλειος Τσέτσος

16

Αλγόριθμος δρομολόγησης (
kSP
)


Είσοδοι



Αντικείμενα της ΙΝΟ προσβάσιμα από το χρήστη


Η τρέχουσα θέση του χρήστη και του προορισμού


Έξοδος



Τα
k

συντομότερα μονοπάτια ανάμεσα στη τρέχουσα
θέση του χρήστη και του προορισμού


Δημιουργεί ένα γράφο από τα αντικείμενα της ΙΝΟ


ακμές
=Passages,
κόμβοι
=Path_Points


Υπολογίζει τα
k
συντομότερα μονοπάτια με μια
παραλλαγή του αλγορίθμου του
[Yen]


Το πρόβλημα είναι
πολλαπλών κριτηρίων
και έτσι
δεν μπορούμε να λάβουμε υπόψη μας μόνο το
συντομότερο μονοπάτι

[Jen] J.
Y. Yen. Finding the k shortest loopless paths in a network. Management
Sci., 17(11):712
--
716, 1971

Βασίλειος Τσέτσος

17

Αλγόριθμος επιλογής καλύτερου μονοπατιού

(EM)


Είσοδοι



Προφίλ χρήστη


k
συντομότερα μονοπάτια


Έξοδος



Το «καλύτερο» μονοπάτι ανάμεσα στα
k



Εφαρμόζονται οι κανόνες (εκτός των φυσικών)
στα στιγμιότυπα της οντολογίας


Οι κανόνες αυτοί
επιβραβεύουν
τα στιγμιότυπα με
βάση το προφίλ του εκάστοτε χρήστη


Για κάθε μονοπάτι υπολογίζεται:

Συνολική Επιβράβευση (ΣΕ)

= α
1
x
(ΣΕ
Αντιληπτικών Κανόνων) + α
2
x
(ΣΕ Κανόνων
Προτιμήσεων) + α
3
x(
Μήκος Μονοπατιού
)


Τελικά επιλέγουμε το μονοπάτι με τη μεγαλύτερη
Συνολική Επιβράβευση


Βασίλειος Τσέτσος

18

Δομή παρουσίασης



Εισαγωγή


Σχεδιασμός Συστήματος



Υλοποίηση Συστήματος


Συμπεράσματα

Βασίλειος Τσέτσος

19

Τεχνολογίες υλοποίησης


Web Ontology Language (OWL
-
DL)



ΙΝΟ,
UNO


Semantic Web Rule Language (SWRL)



κανόνες
αποκλεισμού/επιλογής μονοπατιών


SweetRules v2.
0



μηχανή εκτέλεσης κανόνων
SWRL


Jena 2.
2



εκτέλεση κανόνων
OWL


Protégé OWL API



προγραμματιστικός χειρισμός
οντολογιών


Mascopt library

δημιουργία γράφων και αλγόριθμος
kSP


Racer reasoner



μηχανή συμπερασμού για
OWL
-
DL


RDQL



γλώσσα επερωτήσεων για βάσεις γνώσεις
RDF


Apache Tomcat



Web server
και
Servlet container

Βασίλειος Τσέτσος

20

Φυσική αρχιτεκτονική

ΥΠ

ΕΜ

kSP

K
ανόνες

(
SWRL
)

INO & UNO

(
OWL
-
DL
)

Μηχανή
Servlets

Web

εξυπηρέτης

Μηχανή κανόνων

(SweetRules
)

Web

browser

Μηχανή

συμπερασμού

(Racer
)

Demo URL:

http://satia.di.uoa.gr/ontonav/

Protégé OWL API

Βιβλιοθήκη

γράφων

(Mascopt
)

Βασίλειος Τσέτσος

21

Αξιολόγηση επιδόσεων



Πείραμα


Ένας χρήστης


Τριόροφο κτίριο


Αφετηρία: 1ος όροφος


Προορισμός: 3ος όροφος


2 φυσικοί κανόνες


k=3

Μέσος χρόνος απόκρισης = 4357
ms

Για αιτήσεις «γνωστού» χρήστη:
x
ρόνος

απόκρισης = χρόνος
kSP

(~11
87ms
)

Χωρίς

εφαρμογή κανόνων:


κατευθυντικός γραφος με
157

κόμβους και
444

ακμές

Με

εφαρμογή κανόνων (ανάπηρος χρήστης):


κατευθυντικός γραφος με
1
45

κόμβους και
392

ακμές

Βασίλειος Τσέτσος

22

Δομή παρουσίασης



Εισαγωγή


Σχεδιασμός Συστήματος



Υλοποίηση Συστήματος


Συμπεράσματα

Βασίλειος Τσέτσος

23

Επιστημονική συνεισφορά


Οντολογία πλοήγησης


Χρήση επεκτάσιμων
κανόνων

(σε
συνδυασμό με
kSP
) και όχι «κλειστών»
αλγορίθμων για την επιλογή/αποκλεισμό
μονοπατιών


Πρακτική εφαρμογή των βασικότερων
σύγχρονων τεχνολογιών Σημασιολογικού
Ιστού


Ίσως το πρώτο σύστημα πλοήγησης
σχεδιασμένο σύμφωνα με τις αρχές της
Σχεδίασης για Όλους

(
Design for All
)


Το σύστημα (με λίγες κατάλληλες
μετατροπές) μπορεί να αποτελέσει
testbed

για αλγόριθμους παρουσίασης οδηγιών



Βασίλειος Τσέτσος

24

Ανοικτά θέματα


Δημιουργία βελτιωμένων αλγορίθμων
kSP
για ευκλείδειους αραιούς
γράφους


Αλγόριθμοι επιλογής και παρουσίασης
οδηγιών πλοήγησης


Αξιολόγηση με πραγματικούς χρήστες
σε πραγματικούς χώρους


(Ημι
-
)αυτόματη δημιουργία
στιγμιοτύπων οντολογιών (από
κατόψεις κτιρίων)



Βασίλειος Τσέτσος

25

Δημοσιεύσεις


Anagnostopoulos C., Tsetsos V., Kikiras P., and
Hadjiefthymiades S., “
OntoNav: A Semantic Indoor
Navigation System
”, in 1st Workshop on Semantics in
Mobile Environments (
SME'05
) in conjunction with
MDM’05, Ayia Napa, Cyprus


Tsetsos V., Anagnostopoulos C., Kikiras P., Hasiotis T., and
Hadjiefthymiades S., “
A Human
-
centered Semantic
Navigation System for Indoor Environments
”, in IEEE
International Conference on Pervasive Services (
ICPS’05
),
Santorini, Greece


Anagnostopoulos C., Tsetsos V., Kikiras P., and
Hadjiefthymiades S.,


Semantically
-
enriched Path
Finding for Indoor

Navigation Systems
”,
under review

in Journal on Pervasive Computing and Communications
(
JPCC
)
.



URL: http://p
-
comp.di.uoa.gr/projects/ontonav