Un service de navigation omniprésent sur les smartphones

A ubiquitous navigation service on smartphones

• Auteur / Autrice : Wiem Fekih Hassen
• Direction : Lionel Brunie, Yahya Slimani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/02/2020
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Ecole Nationale des Sciences Informatiques (Tunis)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information (Villeurbanne - Ecully, Rhône ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Narjes Ben Rejeb Robbana
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Brunie, Yahya Slimani, Narjes Ben Rejeb Robbana, Lamjed Ben Said, Richard Chbeir, Ahmed Mostefaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lamjed Ben Said, Richard Chbeir
• DOI : 10.70675/7ff2de8fzf347z4225zb5f3z1d5bf3c216d8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système d'information géographique

Services basés sur la localisation

Systèmes de positionnement en intérieur

Mots clés libres

Informatique

Positionnement

Adaptation

Navigation

Géolocalisation

GPS - Global Positioning System

Smartphone

Logique floue

RSS - Received Strength Signal

Graphe

Système d'information géographique

Localisation

Données spatiales

Computer science

Positioning

Adaptability

Navigation

Location-Based services - LBS

GPS - Global Positioning System

Smartphone

Fuzzy logic

RSS - Received Strength Signal

Graph

Geographic information system

Localization

Spatial data

Résumé

La navigation pédestre est un domaine de recherche en pleine croissance qui vise à développer des services assurant le positionnement et la navigation en continu des personnes à l'extérieur comme à l'intérieur de bâtiments. Dans cette thèse, nous proposons un prototype de service pour la navigation pédestre ubiquitaire qui tient compte des préférences de l'utilisateur et de la technologie de positionnement optimale disponible. Notre objectif principal est d'estimer, d'une façon continue, la position d'un piéton muni d'un smartphone. En premier lieu, nous proposons un nouvel algorithme, nommé UCOSA, qui permet de sélectionner la technologie de positionnement à adopter à tout moment le long du processus de navigation. L'algorithme UCOSA commence par inférer la nécessité de déclencher un processus de ''handover'' (changement de technologie) entre les technologies de positionnement détectées (i.e. quand les zones de couvertures se chevauchent) en utilisant la technique de la logique floue. Ensuite, il sélectionne la technologie optimale à l'aide d'une fonction qui calcule un score pour chaque technologie disponible et qui se compose de deux parties. La première partie représente les poids, calculés en utilisant la méthode d'analyse hiérarchique (AHP). Tandis que, la deuxième partie fournit les valeurs normalisées des paramètres considérés. L'algorithme UCOSA intègre aussi la technique de positionnement à l'estime appelé PDR afin d'améliorer le calcul de la position du smartphone. En second lieu, nous portons l'intérêt à la technique de positionnement par empreintes RSS dont le principe consiste à calculer la position du smartphone en comparant les valeurs RSSs enregistrées, en temps réel, avec les valeurs RSSs stockées dans une base de données (radiomap). La majorité des radiomaps sont représentées sous forme de grilles composées de points de référence (PR). Nous proposons une nouvelle conception de radiomap qui ajoute d'autres PRs au centre de gravité de chaque carré de la grille. En troisième lieu, nous abordons le problème de la construction du graphe modélisant un bâtiment multi-étages. Nous proposons un algorithme qui crée tout d'abord un graphe plan pour chaque étage, séparément, et qui relie ensuite les différents étages par des liens verticaux. En dernier lieu, nous étudions un nouvel algorithme nommé SIONA qui calcule et qui affiche d'une manière continue le chemin entre deux points situés à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment. Plusieurs expériences réelles ont été réalisées pour évaluer les performances des algorithmes proposés avec des résultats prometteurs en termes de continuité et de précision (de l'ordre de 1.8 m) du service de navigation.

Pedestrian navigation is a growing research field, which aims at developing services and applications that ensure the continuous positioning and navigation of people inside and outside covered areas (e.g. buildings). In this thesis, we propose a ubiquitous pedestrian navigation service based on user preferences and the most suitable efficient available positioning technology (e.g. WiFi, GNSS). Our main objective is to estimate continuously the position of a pedestrian carrying a smartphone equipped with a variety of technologies and sensors. First, we propose a novel positioning technology selection algorithm, called UCOSA for the complete ubiquitous navigation service in indoor and outdoor environments. UCOSA algorithm starts by inferring the need of a handover between the available positioning technologies on the overlapped coverage areas using fuzzy logic technique. If a handover process is required, a score is calculated for each captured Radio Frequency (RF) positioning technology. The score function consists of two parts: the first part represents the user preferences weights computed based on the Analytic Hierarchy Process (AHP). Whereas, the second part provides the user requirements (normalized values). UCOSA algorithm also integrates the Pedestrian Dead Reckoning (PDR) positioning technique through the navigation process to enhance the estimation of the smartphone's position. Second, we focus on the RSS fingerprinting positioning technique as it is the most widely used technique, which principle is to return the smartphone's position by comparing the real time recorded RSS values with the radiomap (i.e. a database of previous stored RSS values). Most of radiomap are organized in a grid, formed or Reference Point (RP): we propose a new design of radiomap which complements the grid with other RPs located at the center of gravity of each grid square. Third, we address the challenge of constructing a graph for a multi-floor building. We propose an algorithm that starts by creating the horizontal graph of each floor, separately, and then, adds vertical links between the different floors. Finally, we implement a novel algorithm, called SIONA that calculates and displays in a continuous manner the pathway between two distinct points being located indoor or outdoor. We conduct several real experiments inside the campus of the University of Passau in Germany to evaluate the performance of the proposed algorithms. They yield promising results in terms of continuity and accuracy (around 1.8 m indoor) of navigation service.