From 10c23b74dd40b7eb734713d7f1fcf5df087d6fc9 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sebastian Preisner Date: Sun, 20 Feb 2022 00:13:11 +0100 Subject: [PATCH] Final version --- Thesis/900266-Sebastian_Preisner.tex | 56 ++++++++++++++-------------- 1 file changed, 29 insertions(+), 27 deletions(-) diff --git a/Thesis/900266-Sebastian_Preisner.tex b/Thesis/900266-Sebastian_Preisner.tex index 77a1867..f99c346 100644 --- a/Thesis/900266-Sebastian_Preisner.tex +++ b/Thesis/900266-Sebastian_Preisner.tex @@ -11,10 +11,11 @@ \documentclass[ 12pt, a4paper, - ngerman, - bibliography=totocnumbered, + ngerman, + bibliography=totocnumbered, listof=totocnumbered, - toc=flat + toc=flat, + numbers=noenddot ]{scrartcl} % Support different languages @@ -40,7 +41,7 @@ % Oben und unten: 2cm % Rechts: 4cm (Korrekturrand) % ------------------------------------------------------------ -\usepackage[a4paper, top=25mm, left=25mm, right=40mm, bottom=25mm, headsep=10mm, footskip=12mm]{geometry} +\usepackage[a4paper, top=25mm, left=25mm, right=40mm, bottom=23mm, headsep=10mm, footskip=12mm]{geometry} \usepackage[right]{eurosym} \usepackage[printonlyused]{acronym} @@ -316,7 +317,7 @@ M.Eng.\newline Dr.~Thomas Kalbe\\ Mit der Smartphone Anwendung phyphox® lassen sich physikalische und chemische Experimente mit den im Smartphone verbauten Sensoren durchführen. Sie unterstützt die Lehre und ersetzt dabei oft kostenintensive Lehrmaterialien. Um den Funktionsumfang zu erweitern, soll eine räumliche Lokalisierung des Smartphones integriert werden. -Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines Lösungsansatzes, der die Umsetzung einer räumlichen Lokalisierung zur Durchführung von Experimenten, auf dem Maßstab von Tischexperimenten, ermöglicht. Hierzu wird ein sich selbst korrigierendes System aus Bluetooth-Beacons eingesetzt, welches nach einer Arbeit von Cho et al. {[}\protect\hyperlink{ref-Cho_2015a}{7}{]} den Fehler der Entfernungsmessung auf unter \SI{10}{\percent} reduziert. Untersucht wird, ob sich diese Methode auf die Lokalisierung übertragen lässt. Des Weiteren wird der Einfluss einer angepassten Kalibrierung sowie der Einsatz von gleitenden Mittelwert-Filter und gewichteten Mittelwert-Filter auf die Messergebnisse überprüft. +Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines Lösungsansatzes, der die Umsetzung einer räumlichen Lokalisierung zur Durchführung von Experimenten auf dem Maßstab von Tischexperimenten ermöglicht. Hierzu wird ein sich selbst korrigierendes System aus Bluetooth-Beacons eingesetzt, welches nach einer Arbeit von Cho et al. {[}\protect\hyperlink{ref-Cho_2015a}{7}{]} den Fehler der Entfernungsmessung auf unter \SI{10}{\percent} reduziert. Untersucht wird, ob sich diese Methode auf die Lokalisierung übertragen lässt. Des Weiteren wird der Einfluss einer angepassten Kalibrierung sowie der Einsatz von gleitenden Mittelwert-Filter und gewichteten Mittelwert-Filter auf die Messergebnisse überprüft. Durch eine experimentelle Untersuchung der verwendeten Komponenten und deren spezifischen Eigenschaften konnte ein Versuchsaufbau entwickelt werden, mit dem eine Lokalisierung möglich ist. Anschließend wurde dieser Versuchsaufbau durch experimentelle Tests untersucht. Die angefertigten Messreihen wurden anschließend ausgewertet und der Einfluss der verschiedenen Filter und der Kalibrierung auf die Entfernungsmessung bewertet. @@ -340,13 +341,13 @@ It is shown that the positive effect of a self-correcting system can also be tra \begin{abstract} An dieser Stelle möchte ich mich bei all denjenigen bedanken, die mich während der Anfertigung dieser Bachelorarbeit unterstützt und motiviert haben. -Zuerst gebührt mein Dank Herrn Dr. Thomas Kalbe und Herrn Michael Fleury, die meine Bachelorarbeit betreut und begutachtet haben. Für die hilfreichen Anregungen und die konstruktive Kritik bei der Erstellung dieser Arbeit möchte ich mich herzlich bedanken. +Zuerst gebührt mein Dank meinen Betreuern Herrn Dr. Thomas Kalbe und Herrn Michael Fleury, die meine Bachelorarbeit betreut und begutachtet haben. Für die hilfreichen Anregungen und die konstruktive Kritik bei der Erstellung dieser Arbeit möchte ich mich herzlich bedanken. Ein besonderer Dank geht an Herrn Dr. Sebastian Staacks, der meine Anfrage zu einem Bechelorthema in Bezug auf phyphox® sofort mit zahlreichen Ideen beantwortete. Diese Motivation und die Tatsache etwas zu einer tollen OpenSource Anwendung beitragen zu können, hat mich durch die gesamte Arbeit begleitet. -Ebenfalls möchte ich mich bei meinen Freunden Benjamin Dymel, Henrik Winnemöller und Steven Lambeth bedanken, die mir mit viel Geduld, Interesse und Hilfsbereitschaft zur Seite standen. Bedanken möchte ich mich für die zahlreichen interessanten Debatten und Ideen, die maßgeblich dazu beigetragen haben, dass diese Bechelorarbeit in dieser Form vorliegt. +Ebenfalls möchte ich mich bei meinen Freunden Benjamin Dymel, Henrik Winnemöller und Steven Lambeth bedanken, die mir mit viel Geduld, Interesse und Hilfsbereitschaft zur Seite standen. Bedanken möchte ich mich für die zahlreichen interessanten Debatten und Ideen während meines Studiums. -Nochmal gesondert Danken möchte ich Henrik Winnemöller für das zahlreiche Korrekturlesen meiner Bechelorarbeit. +Nochmal gesondert Danken möchte ich Henrik Winnemöller für das zahlreiche Korrekturlesen meiner Bachelorarbeit. Abschließend möchte ich mich bei meiner Freundin und meinen Eltern bedanken, die mir während der stressigen Phasen des Studiums den Rücken frei gehalten haben und stets ein offenes Ohr für mich hatten. @@ -576,7 +577,7 @@ Erkenntnisse aus der Voruntersuchung und den Ergebnissen des Versuchs findet sich in Kapitel \ref{diskussion}. Eine Zusammenfassung der Arbeit findet sich in Kapitel -\ref{zusammenfassung}. Hier werden die Ergebnisse nochmal in der +\ref{zusammenfassung}. Hier werden die Ergebnisse erneut in der Gesamtheit betrachtet und in Bezug auf den Stand der Technik erörtert. Abschließend wird ein Ausblick auf mögliche Verbesserungen und Erweiterungen des Lokalisierungssystems gegeben. @@ -1194,6 +1195,7 @@ Fehler}\label{beispiele-zufuxe4lliger-fehler}} weswegen der Fehler damit zufällig auftritt. \end{itemize} +\begin{spacing}{1.1} \begin{longtable}[]{@{}lll@{}} \caption{Übersicht der Fehler, Fehlerarten und Ursache \label{tab:error}}\tabularnewline @@ -1215,6 +1217,7 @@ Funkrauschen & zufällig & physikalisch \\ Bluetooth Channel Rotation & systematisch/zufällig & Implementierung \\ \bottomrule \end{longtable} +\end{spacing} \hypertarget{genauigkeit-einer-messung}{% \subsubsection{Genauigkeit einer @@ -1227,7 +1230,7 @@ vorliegt. \begin{figure} \centering -\includegraphics{../static/genauigkeit.pdf} +\includegraphics[width=0.77\textwidth]{../static/genauigkeit.pdf} \caption{Zusammenhang zwischen Richtigkeit und Präzision. \label{fig:genauigkeit}} \end{figure} @@ -1296,7 +1299,7 @@ d=F_{loc}=\sqrt{(M_x-R_x)^2 + (M_y-R_y)^2} \begin{equation}\label{eq:loc-fehler} f_{loc}=\sqrt{\cfrac{(M_x-R_x)^2 + (M_y-R_y)^2}{R_x^2+R_y^2}} \cdot 100 \end{equation} - +\newpage \hypertarget{kalibrierung}{% \subsubsection{Kalibrierung}\label{kalibrierung}} @@ -1672,9 +1675,9 @@ In einem ersten Schritt werden die Daten eingelesen und bereinigt. Zur Bereinigung werden die ersten \SI{5}{\second} und die letzten \SI{10}{\second} der Messreihe entfernt, um den Einfluss durch die Bedienung des Smartphones aus den Messreihen zu beseitigen. Bei der -Übermittlung der Daten werden nicht vorhandene Messdaten mit einer 0 +Übermittlung der Daten werden nicht vorhandene Messdaten mit einer \(0\) initialisiert. Dies würde bei Berechnungen zu Fehlern führen, weswegen -alle 0-Werte aus den eingelesenen Daten gelöscht werden. +alle \(0\)-Werte aus den eingelesenen Daten gelöscht werden. Um mit den Daten einfacher arbeiten zu können und eine bessere Übersicht zu erhalten, werden die Spalten aus Tabelle \ref{tab:datastore} @@ -1789,12 +1792,12 @@ wird als roter Punkt dargestellt: Die Kreise haben einen eindeutigen Schnittpunkt (oben links, unten rechts) \item - Die Kreise haben gar keinen Schnittpunkt (oben mitte) + Die Kreise haben gar keinen Schnittpunkt (oben Mitte) \item Die Kreise schneiden sich alle, jedoch nicht an einem gemeinsamen Punkt (oben rechts, unten links) \item - Die Kreise schneiden sich teilweise (unten mitte) + Die Kreise schneiden sich teilweise (unten Mitte) \end{enumerate} In Abbildung \ref{fig:locationAlgorithmWorking} ist die Vorgehensweise @@ -2125,7 +2128,7 @@ Beacon ausgesendet wird. Kalibrierung}\label{durchfuxfchrung-der-kalibrierung}} Die Konstanten \(A\), \(B\), und \(C\) aus Kapitel -\ref{entfernungsmessung-mit-der-signalstärke} Formel +\ref{entfernungsmessung-mit-der-signalstuxe4rke} Formel \ref{eq:beacondistance} werden durch Kalibrierungsmessungen nach der Anleitung der Android Beacon Library {[}\protect\hyperlink{ref-RadiusNetworks_2021}{31}{]} ermittelt. Die @@ -2139,7 +2142,7 @@ bei \SI{1.5}{\meter} liegt, soll die Kalibrierung auf den Bereich von Versuch durch die benachbarten Beacons erfasst, daher kommt für die Referenzmessung anstelle des iPhones ein zweiter Beacon zum Einsatz. -Wie aus den Messungen in Abschnitt \ref{beacon-smartphone} hervor geht, +Wie aus den Messungen in Abschnitt \ref{beacon-zu-smartphone} hervor geht, weichen die \ac{rssi}-Werte bei feuchter Witterung im Außenbereich stark von denen im Innenbereich ab. Zum Zeitpunkt der Messungen war eine Trockenperiode nicht absehbar, aus diesem Grund wird die Kalibrierung im @@ -2201,7 +2204,7 @@ In diesem Kapitel wird der Versuchsaufbau für die Umsetzung einer Lokalisierungslösung beschrieben. Als Grundlage dienen dabei die zuvor ermittelten Daten aus der Referenzmessung sowie die Arbeit von Cho et al. {[}\protect\hyperlink{ref-Cho_2015a}{7}{]}. Ein besonderer Fokus -liegt auf einen einfachen Aufbau, der leicht nachzubilden ist und dabei +liegt auf einem einfachen Aufbau, der leicht nachzubilden ist und dabei ein hohes Maß an Genauigkeit ermöglicht. \hypertarget{anordnung-der-beacons}{% @@ -2547,7 +2550,7 @@ durchgeführt wird. Durch die Ausweitung dieses Bereichs auf {[}\protect\hyperlink{ref-RadiusNetworks_2021}{31}{]} beschrieben sind, könnte die Fehleranfälligkeit reduziert werden. Für die Arbeit stand jedoch kein Raum mit ausreichender Größe zur Verfügung. Die unbeständige -Wetterlage und der, aus den Messungen hervorgehende, negativen Einfluss +Wetterlage und der, aus den Messungen hervorgehende, negative Einfluss von Feuchtigkeit ließen keine Kalibrierungsmessungen im Freien zu. Abschließend bleibt zu bewerten, ob der Einsatz von Bluetooth die @@ -2573,8 +2576,7 @@ Standard ein, Bluetooth-Beacons konnten am Markt keine gefunden werden. \section{Zusammenfassung}\label{zusammenfassung}} In dieser Arbeit wurde ein neuartiges Lokalisierungskonzept entwickelt -und evaluiert, wodurch sich Messungen im Zentimeterbereich durchführen -lassen. Dieses Konzept dient als Vorlage zur Erweiterung der Anwendung +und evaluiert, welches die Messungen im Zentimeterbereich ermöglichen soll. Dieses Konzept dient als Vorlage zur Erweiterung der Anwendung phyphox®, um Experimente mit dem Smartphone auf Basis der Position durchführen zu können. @@ -2597,7 +2599,7 @@ angefertigt und ausgewertet. Des Weiteren wurden verschiedene Methoden und Filter auf die Entfernungsmessung und Lokalisierung angewandt und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Messgenauigkeit bewertet. -Es konnte ein Konzept entwickelt werden, durch das` eine +Es konnte ein Konzept entwickelt werden, womit eine Positionsbestimmung möglich ist. Es wurde gezeigt, dass die angewandten Filter und das selbst korrigierende System zur Ermittlung der Entfernung, sowie zur Lokalisierung zu einer Verbesserung der Ergebnisse @@ -2635,7 +2637,7 @@ könnte die Messgenauigkeit erhöhen. Der Einfluss von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Signalstärke sollte näher untersucht werden. Gerade der Einfluss durch die relative -Luftfeuchtigkeit könnte Erkentnisse liefern, durch die die +Luftfeuchtigkeit könnte Erkenntnisse liefern, durch die die Signalstärkeermittlung verbessert werden kann. Weiter bietet sich die Untersuchung von \ac{ble} 5.2 und der neu @@ -2653,7 +2655,9 @@ des Versuchsaufbaus bestimmt werden. % Nachspann \renewcommand{\thesection}{\Roman{section}} \renewcommand{\theHsection}{\Roman{section}} +\setcounter{section}{1} \pagenumbering{Roman} +\setcounter{page}{7} \makeatletter \renewcommand\listoffigures{% @@ -2668,8 +2672,6 @@ des Versuchsaufbaus bestimmt werden. } \makeatother -\setcounter{section}{1} -\setcounter{page}{7} \rhead{LITERATURVERZEICHNIS} @@ -3021,7 +3023,7 @@ Verfügbar unter: \end{center} \vspace{2em} -\studentname, 900266 +\studentname, Matrikelnummer: 900266 Hiermit erkläre ich an Eides statt, dass ich diese Arbeit selbstständig abgefasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Sämtliche Stellen der Arbeit, die im Wortlaut oder dem Sinne nach Publikationen oder Vorträgen anderer Autoren entnommen sind, habe ich als solche kenntlich gemacht. Ich bin mit einer Plagiatsprüfung einverstanden. @@ -3031,7 +3033,7 @@ Die Arbeit wurde bisher keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch \vspace{4em} \begin{minipage}{\linewidth} \begin{tabular}{p{15em}p{15em}} - Datum: & .......................................................\\ + Datum: \today & .......................................................\\ & \centering (\studentname)\\ \end{tabular} \end{minipage}