abschluss

Praesentation/beamer.tex

@@ -2,14 +2,17 @@
 
 % Theme choice:
 \usetheme{Singapore}
+\usecolortheme{seagull}
 
 % Title page details:
-\title{Bachelorthesis}
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+
+\title{\includegraphics[height=1.5cm]{../static/logo.pdf}\\ \vspace{1em}Bachelorthesis}
 \subtitle{Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von Smartphone-Sensoren}
-\date{\today}
+\date{23.03.2022}
 \author{Sebastian Preisner}
-\institute{Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt}
+%\institute{Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt}
-% \titlegraphic{\hfill\includegraphics[height=1.5cm]{logo.pdf}}
+
 
 % Setup theme
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-
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+\usepackage{appendixnumberbeamer}
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+\AtBeginSection[]{
+  \begin{frame}[noframenumbering,plain]
+  \vfill
+  \centering
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+  \end{beamercolorbox}
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+  \end{frame}
+}
+
+\newcommand{\backupbegin}{
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+}
+\newcommand{\backupend}{
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 % ------------------------------
 % Include packages
@@ -37,9 +60,12 @@
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 % ------------------------------
 % Start Document 
@@ -48,121 +74,328 @@
 
 \maketitle
 
-\begin{frame}{Aufbau der Arbeit}
+\begin{frame}{Inhalt der Präsentation}
   \setbeamertemplate{section in toc}[sections numbered]
   \tableofcontents[hideallsubsections]
+  \note[item]{Motivation darlegen}
+  \note[item]{Rahmenbedingungen abstecken}
+  \note[item]{Grundlagen erarbeiten}
+  \note[item]{Methodik: Vorgehen erläutern und fließend in die Auswertung übergehen}
+  \note[item]{Im Fazit gebe ich eine Zusammenfassung der Arbeit und einen Ausblick.}
+  \note[item]{In der Anschließenden Diskussion werde ich versuchen Ihre Fragen zu beantworten.}
+  \note[item]{1:20}
 \end{frame}
 
-
 \section{Einleitung}
 
-\begin{frame}{Steckbrief}
-  Sebastian Preisner \\
-  33 Jahre \\
-  \vspace{2em}
-  Studiengang: Technische Informatik
-\end{frame}
-
-\begin{frame}{Thema}
- \centering
- Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von Smartphone-Sensoren
-
- \note[item]{Titel vorlesen}
- \note[item]{Idee dazu kam von einem Podcast Interview}
-\end{frame}
-
 \begin{frame}{Motivation}
 \pause
-\note[item]{Im folgenden möchte ich kurz meine ganz \textbf{persönliche Motivation} für dieses Thema erläutern.}
+\note[item]{abweichen üblichen Motivationsbeschreibung}
-  \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth}
+\note[item]{ganz Persönliche Motivation für das Thema}
+\begin{columns}
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
   \centering
     \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/Opensource.pdf}
-  \end{minipage} \hfill
+  \end{column} \hfill
-\note[item]{Ich bin seit 18 Jahren begeisterter \textbf{Vertreter der Open Source Scene} und mit meiner Arbeit wollte ich etwas Praxisnahes untersuchen, was dieser Scene zugute kommt.}
+\note[item]{18 Jahre OpenSource begeistert}
 \pause
-  \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth}
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
    \centering
     \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/Wikipedia.pdf} 
-  \end{minipage} \hfill
+  \end{column} \hfill
-  \note[item]{Auch bin ich der Meinung das \textbf{jeder freien Zugang zu Wissen} und vorallem Bildung erhalten sollte. Diese Beiden Motivatoren vereint phyphox,}
+  \note[item]{Bildung und Wissen sollten jedem zugänglich sein.}
 \pause
-  \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth}
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
    \centering
-    \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/Wikipedia.pdf}
+    \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/phyphox.jpg}
-  \end{minipage}
+  \end{column}
-
+ \end{columns}
-    \note[item]{eine Anwendung die es ermöglicht mithilfe des \textbf{Smartphones und den verbauten Sensoren} verschiedenste Experimente durch zu führen und so \textbf{physikalische und chemische Vorgänge} greifbar zu machen. Durch diese Arbeit kann ich das Projekt unterstützen und neue Funktionen ermöglichen da es derzeit an einer \textbf{Lokalisierungsfunktion} fehlt.}
+
+    \note[item]{Möglichkeit untersuchen}
+    \note[item]{Lokalisierung zu Entwickeln}
+    \note[item]{für Tischexperimente nutzbar}
+    \note[item]{3:16}
 \end{frame}
 
-\section{Grundlagen}
+\begin{frame}{Technologie und Hardware}
+ \note[item]{Zum Einsatz kommt Bluetooth}
+ \note[item]{etablierter Standard zum Austausch von Daten}
+ \note[item]{Bluetooth-Beacon von Espurino}
+ \note[item]{Programmierbar mittels JavaScript}
+ \note[item]{OnePlus 7t mit Android 11}
  
-\begin{frame}{Einführung}
+ \begin{columns}
-  \begin{itemize}
+  
-   \item Bluetooth 
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
-  \end{itemize}
   
-  iBeacon
+    \includegraphics[width=\textwidth]{../static/Bluetooth-logo.pdf}
-  Smartphone
+    \hspace*{15pt}\hbox{\tiny\scriptsize Quelle:\thinspace{\tiny\itshape Bluetooth SIG}}
-  Verwendet wird Bluetooth
   
+  \end{column}
+  \pause
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
+  
+    \includegraphics[width=\textwidth]{../static/puckjs-single.jpeg}
+  
+  \end{column}
+  \pause
+  \begin{column}{0.3\textwidth}
+  
+    \includegraphics[width=.7\textwidth]{../static/OnePlus-7T-Blue(2).png}
+    \hspace*{15pt}\hbox{\tiny\scriptsize Quelle:\thinspace{\tiny\itshape  OnePlus}}
+  
+  \end{column}
+
+ \end{columns}
+\note[item]{4:30}
 \end{frame}
 
+\section{Grundlagen}
+
 \begin{frame}{Distanzmessung}
- \includegraphics{../static/Wegpunkte.pdf}
+\centering
- \note[item]{Distanzmessung bezieht sich auf die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke.}
+ \begin{overprint}
- \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten.}
+   \includegraphics<1>{../static/reale-strecke.pdf}
+   \includegraphics<2>{../static/digitale-wegpunkte.pdf}
+   \includegraphics<3>{../static/digitale-strecke.pdf}
+ \end{overprint}
+
+  \onslide<1>{
+ \begin{block}{Definition}
+    Die Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zurückgelegten Strecke. Die Strecke bezeichnet den Weg zwischen Start- und Zielpunkt.
+  \end{block}
+  }
+ 
+ \note[item]{Diskrete erfassung von Wegpunkten.}
+ \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten = Strecke.}
  \note[item]{Wegpunkte können durch die Lokalisierung bestimmt werden.}
+ \note[item]{Beschränkung auf Lokalisierung}
+ \note[item]{}
+ \note[item]{\textbf{Übergang:} Verschiedene Lokalisierungsverfahren}
+ \note[item]{6:00}
 \end{frame}
 
-\begin{frame}{Lokalisierung durch Trilateration}
+\begin{frame}{Trilateration}
-  \includegraphics<1>{../static/lateration-entfernung.pdf}
+\centering
-  \note[item]{Es gibt \textbf{verschiedene Methoden zur Lokalisierung}, in dieser Arbeit wird die Trilateration eingesetzt weswegen ich sie hier kurz erläutern möchte.}
+ \begin{overprint}
-  \note[item]{Bei der Trilateration wird die Entfernung zwischen Sender und Empfänger gemessen.}
+  \includegraphics<1>[height=.8\textheight]{../static/lateration-entfernung.pdf}
-  \note[item]{Zieht man einen Kreis mit der Entfernung als Radius um den Sender, so erhält man die möglichen Positionen wo sich der Empfänger befindet.}
+  \note[item]{Entfernung zwischen Sender und Empfänger}
-  \includegraphics<2>{../static/lateration-kreis.pdf}
+  \note[item]{Kreis mit der Entfernung als Radius um den Sender}
-  \includegraphics<3>{../static/lateration-positionen.pdf}
+  \note[item]{Mögliche Positionen des Empfängers}
-  \note[item]{Um die Position genauer zu bestimmen werden mindestens zwei weitere Sender benötigt, daher wird diese Methode auch Trilateration genannt.}
+  \includegraphics<2>[height=.8\textheight]{../static/lateration-kreis.pdf}
-  \includegraphics<4>{../static/lateration-position.pdf}
+  \note[item]{genaue Position zwei weitere Sender benötigt = Trilateration}
+  \includegraphics<3>[height=.8\textheight]{../static/lateration-position.pdf}
   \note[item]{Um missverständnisse aus zu räumen: Die Trilateration ist \textbf{nicht mit der Triangulation} zu verwechseln bei der die Einfallswinkel zur Positionsbestimmung herangezogen werden hallo.}
+ \end{overprint}
+ \note[item]{9:30}
 \end{frame}
  
-\begin{frame}{Entfernungsmessung mithilfe der Signalstärke}
+\begin{frame}{Entfernungsmessung}
 \centering
- \note[item]{Eine Methode zur Entfernungsmessung unter Verwendung von Funksystemen ist die Signalstärkemessung}
+\note[item]{Entfernungsmessung mit Funksystemen = Signalstärkemessung.}
+\note[item]{RSSI bei Bluetooth}
+\note[item]{long-distance path loss Modell zur Vorhersage von Signalstärkeverlusten bei der Ausbreitung von Funkwellen.}
+\note[item]{Einsatz in der Android-Beacon-Library}
+\note[item]{Cho et al.}
+\note[item]{Verbesserung bis 1,5m auf unter 10\%}
+\note[item]{Ersetzung txPower durch live RSSI auf 1m, hier scPower}
+\note[item]{Untersuchen der Übertragbarkeit auf die Lokalisierung}
+
 
- RSSI - Received Signal Strength Indicator
+ \onslide<1->{RSSI - Received Signal Strength Indicator}
+ 
+ 
+ 
+  \onslide<2->{
+    \begin{eqnarray}
+    d = A \cdot \left( \frac{P_R}{\alert<3>{txPower}} \right)^B + C
+    \end{eqnarray}
+  }
+  
+  \onslide<4->{"Accurate Distance Estimation between Things: A Self-correcting Approach" von Cho et al.}
+
+ \onslide<4->{
+  \begin{eqnarray}
+      d = A \cdot \left( \frac{P_R}{\alert<4->{scPower}} \right)^B + C
+  \end{eqnarray}
+ }
+ 
+ \note[item]{10:50}
+ \end{frame}
+ 
+ \begin{frame}<presentation:0>[noframenumbering]{Forschungsfragen}
+  \begin{itemize}
+   \item Lässt sich das Selbstkorrigierende System auch zur Lokalisierung einsetzen?
+   \item Ist eine Verbesserung durch den Einsatz von Filtern möglich?
+   \item Ist eine Verbesserung durch eine, auf den Versuchs angepasste kalibrierung Möglich?
+   \note[item]{Eine frage die in der Arbeit vergessen wurde zu erwähnen: \textbf{Ist es möglich einen Versuchsaufbau zu erstellen der wenig Fehlereinflüsse zulässt?}. Dies ist prinzipiell gelungen, jedoch liegt der Fehler nicht im Versuchsaufbau sondern in der umgebung und des schwankenden $RSSI$ werts durch die Umgebungsbedingungen.}
+  \end{itemize}
   
  \end{frame}
 
-\begin{frame}{Selbstkorrigierende}
- \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke}
-\end{frame}
 
 \section{Methodik}
 
 \begin{frame}{Vorgehen}
-- Wie wurden die Versuche durchgeführt und evaluiert.
 
-Versuche:
+\note[item]{experimentelle Untersuchung \textbf{Abstrahlcharakterristik und Dämpfung} der Hardware}
-  - System kennenlernen, parameter ermittlung
+\note[item]{Kalibrierungsbereich von 40 m auf 2 m reduziert.}
-  - Versuchsaufbau aus den erkentnisse
+\note[item]{Versuchsaufbau wird gleich näher beschrieben.}
-  - 
+\note[item]{Experimentelle Tests des Versuchsaufbaus}
+\note[item]{Auswertung Einfluss selbstkorrigierendes System, Filter, Kalibrierung}
+
+\begin{itemize}
+ \item Referenzmessungen
+ \item Kalibrierung
+ \item Versuchsaufbau
+ \item Versuchsdurchführung
+ \item Auswertung
+\end{itemize}
+
+\note[item]{12:45}
+\end{frame}
 
- \note[item]{Distanzmessung bezieht sich auf die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke.}
+\begin{frame}{Referenzmessung - Outdoor/Indoor }
- \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten.}
+ \note[item]{Insgesammt 40 Messreihen und xxxx Datenpunkte}
- \note[item]{Wegpunkte können durch die Lokalisierung bestimmt werden.}
+ 
+ \note[item]{Reduzierung von Reflektionen durch Wänden und Gegenstände.}
+ \note[item]{Weite Funksysteme im 2.4GHz Band = Wifi, Zigbee, weiter Bluetooth Geräte}
+ \note[item]{Einfluss durch Funksysteme}
+ \note[item]{Ergab sich ein zuvor nicht bedachter Einflussfaktor}
+ \note[item]{Kalibrierung im Innenbereich da leichter Kontrollierbar}
+ \centering
+ \includegraphics[height=0.8\textheight]{../static/BeaconSmartphone.pdf}
+ \note[item]{13:55}
 \end{frame}
 
-\begin{frame}{Trilateration}
+\begin{frame}{Referenzmessung Smartphone Rotation}
- \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke}
+ \note[item]{Positionierung der Geräte.}
+ \note[item]{Rotationsrichtung = Uhrzeigersinn}
+ \note[item]{Schwächung linke Smartphoneseite 45-135 Grad}
+ \note[item]{Entfernungsdifferenz zwischen 225 Grad und 90 Grad = 1,6m}
+ \centering
+ \includegraphics[height=0.8\textheight]{../static/SmartphoneRotation.pdf}
+ \note[item]{16:00}
 \end{frame}
 
-\begin{frame}{Distanzmessung}
+\begin{frame}{Versuchsaufbau}
- \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke}
+ \note[item]{3 Beacon zur umsetzung der Trilateration}
+ \note[item]{Gleichseitiges Dreieck mit 1m Schenkellänge}
+ \note[item]{jeder Beacon erfasst die scPower seiner Nachbarn und übermittelt diese zur Berechnung}
+ \note[item]{Winkelabhängigkeit des Smartphones}
+ \note[item]{Display nach oben, Rotation um 180 Grad zwischen den Messreihen eines Messpunktes}
+ \note[item]{Karton mit Eingezeichneten Messpunkten}
+ \begin{columns}
+ \begin{column}{.58\textwidth}
+  \includegraphics[height=.7\textheight]{../static/Zonen_und_Messpunkte.pdf}
+  \end{column}
+  \pause
+
+  \begin{column}{.25\textwidth}
+  \includegraphics[height=.5\textheight]{../static/SmartphoneRotationGrafik.pdf}
+  \end{column}
+  \pause
+
+  \begin{column}{.5\textwidth}
+  \includegraphics[angle=270,width=.7\textwidth]{../static/Versuchsaufbau.jpg}
+  \end{column}
+ \end{columns}
+
+ \note[item]{16:50}
 \end{frame}
 
-\begin{frame}{Distanzmessung}
+\section{Auswertung}
- \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke}
+
+\begin{frame}{Entfernungsmessung}
+\note[item]{txPower 102,03\%}
+\note[item]{scPower 63,97\%}
+\note[item]{Verbesserung 35,85\%}
+\centering
+ \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/ScVsTxPower.pdf}
+\note[item]{17:33}
 \end{frame}
 
+\begin{frame}{Lokalisierung}
+\note[item]{Verbesserung durchschnittlich 61,35\%}
+\centering
+ \includegraphics[width=.85\textwidth]{../static/LocErrScVsTxPower.pdf}
+ \note[item]{18:50}
+\end{frame}
+
+\section{Fazit}
+
+\begin{frame}{Zusammenfassung}
+\begin{itemize}[<+->]
+ \item Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Lokalisierung
+ \item scPower verbessert die Entfernungsmessung und Lokalisierung
+ \item Verbesserung durch Filter nachgewiesen
+ \item Abweichung von unter 10\% nicht reproduzierbar
+ \item Genauigkeit reicht nicht für Tischexperimente
+\end{itemize}
+\note[item]{Durchschnittliche Abweichung 204,32\%}
+\note[item]{Durchschnittliche Abweichung 129cm}
+\note[item]{18:50}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Ausblick}
+\begin{itemize}[<+->]
+ \item Zusätzliche Sensoren
+ \item Spezialisierte Filter
+ \item Angle of Arrival unter Bluetooth 5.2
+\end{itemize}
+
+ \note[item]{Einsatz zusetzlicher Sensoren}
+ \note[item]{Einsatz spezialisierter Filter}
+ \note[item]{Bluetooth 5.2, Dezember 2019}
+ \note[item]{20:25}
+\end{frame}
+
+
+\section{Diskussion}
+
+\appendix
+\backupbegin
+
+\begin{frame}{Filter}
+\note[item]{Rohdaten 226,07\%}
+\note[item]{gwichteter Mittelwert 189,52\%}
+\note[item]{gleitender Mittelwert 204,32\%}
+\note[item]{gleitender Mittelwert verbesserung 16,17\%}
+\centering
+ \includegraphics[width=.85\textwidth]{../static/LocErrFilter.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Kalibrierung}
+\centering
+\note[item]{check}
+ \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/DistanceErrorKalibration.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Selbstkorrigierendes System}
+\centering
+ \includegraphics[height=0.9\textheight]{../static/Ablaufplan-Advertising.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Positionierung}
+\centering
+ \includegraphics[height=0.9\textheight]{../static/position_auswertung.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Lokalisierung}
+\centering
+ \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/Lokalisierungstest.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{AoA - Angle of Arrival}
+\centering
+ \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/aoaPositioning.pdf}
+\end{frame}
+
+\begin{frame}{Rotation}
+\centering
+ \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/BeaconRotation.pdf}
+\end{frame}
+
+\backupend
+
 \end{document}

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@@ -0,0 +1,187 @@
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+</svg>

static/lateration-kreis.svg

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