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Estudo da reconstrução de trajetórias baseado em sensores inerciais de baixo custo no contexto de mobilidade terrestre

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Resumo

Ao se realizar a localização de um indivíduo torna-se possível exercer diversas tarefas no que diz respeito ao conceito de mobilidade, viabilizando uma maior gama de possibilidades relacionadas à infraestrutura e serviços de uma cidade, em destaque os voltados aos Sistemas de Transportes Inteligentes. Este trabalho propõe uma metodologia de auxílio na reconstrução e identificação de trajetórias, tendo como referência sensores inercias a baixo custo. A proposta contempla a preparação do sinal da aceleração para a etapa de dupla integração, a fim de se obter o deslocamento nos eixos de medição. Para a preparação do sinal utilizou-se filtros digitais do tipo FIR e valores médios ao longo de uma janela temporal. Tendo em vista evitar erros ao se realizar a dupla integração, devido a certas “contaminações” (ruídos e offset) que tendem a permanecer nos sinais mesmo após a utilização de filtros, foi proposta uma função denominada detector de pausas. Esta é executada juntamente com todo o sistema, tendo por objetivo zerar a velocidade na integração, e por consequência pausar o deslocamento tão logo uma pausa é detectada. Uma análise da qualidade dos dados retornados pelos sensores e dos resultados obtidos é realizada, bem como a observação das consequências ao se respeitar, ou não, a definição do Teorema da amostragem de Nyquist. Ao final, foram propostas soluções para possíveis melhoras dos resultados obtidos, a partir da utilização de splines cúbicos. Por fim, algumas considerações são apresentadas sobre as condições tecnológicas atuais dos sensores embarcados em Smartphones.

Abstract

The localization of a person allows to perform several tasks with regard to the concept of mobility. It enables a greater range of possibilities related to infrastructure and services in a city, in particular concerning the Intelligent Transportation Systems. This work proposes a methodology for reconstruction and identification of trajectories, using low cost inertial sensors. The proposal includes the preparation of the acceleration signal for a double integration stage, in order to obtain the displacement in the measuring axes. For the signal conditioning, we have used a FIR type digital filters and the mean values along a time window. In view of avoid errors in performing the double integration, due to certain "contaminations" (noises and offset) that tend to remain in the signals even after the use of filters, a function called pause detector was proposed. This function is performed together with the whole system, aiming to zero the speed in the integration, and consequently to pause the displacement as soon as a pause is detected. An analysis of the quality of the data returned by the sensors and the results obtained is carried out, as well as an observation of the consequences of respecting or not the definition of Nyquist's Theorem. After that, we have proposed a solution for improve the results by using a cubic splines.

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RIBEIRO, E. Z. Estudo da reconstrução de trajetórias baseado em sensores inerciais de baixo custo no contexto de mobilidade terrestre. 2017. 69 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.

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