Inhalt – LBS Location Based Services und Mobile ...folk.uio.no/kaeaeb/teaching/LBS_intro.pdf · und Mobile Informationssysteme 2 Inhalt – LBS • Motivation und Einführung –

Location Based Servicesund

Mobile Informationssysteme

Location Based Servicesund

Mobile Informationssysteme

2

Inhalt – LBSInhalt – LBS• Motivation und Einführung

– UMTS-Hype– Definition LBS– Anwendungsbeispiele

• Basistechnologien und Funktionsweise– Mobile Endgeräte– Netzwerk, Funktechnologien– Positionierung– Informationsfluss

• Mobile Informationssysteme– WebPark- Projekt– ArcPad-Feldübung

LBS – EinführungLBS – Einführung

4

MotivationMotivation

Personal Computer

Festnetztelefon

Laptop

Handy

Comunicator

Smartphone

PDA

Verschmelzung von Internet und Telekommmunikation

5


August 2000: Versteigerung der UMTS-Lizenzen in Deutschland

(~ 50 Mrd. €)

6


Je Einwohner haben die Konzerne für die UMTS-Lizenzen in Großbritannien 650 Euro hingelegt, in Deutschland 580 Euro, in der Schweiz 240 Euro.

7

MotivationMotivation• bestehende Netze sind ausreichend für reine

Sprachverbindung• Investitionen in UMTS lassen sich nur durch zukünftige

Datendienste amortisieren– multimediale Datendienste – interaktive Anwendungen – Location Based Services

• Entscheidender Unterschied zwischen stationärem und mobilen Web-Anwendungen:

Berücksichtigung der aktuellen geographischePosition des mobilen Nutzers möglich

8

Definition – Location Based ServiceDefinition – Location Based Service

Standortbezogene Dienste bezeichnen Anwendungen, welche die Position des Teilnehmers mit einbeziehen, um ihm spezifische Inhalte zur Verfügung zu stellen.

Quelle: Traud, A: Handheld und Ubiquitous Computing, Hauptseminar Universität Ulm, Fakultät für Informatik, WS02/03

Standortbezogene Dienste (Location Based Services - LBS), sind über ein Netzwerk erbrachte mobile Dienste, die unter Zuhilfenahme von positions-, zeit- und personenabhängigen Daten dem Endbenutzer selektive Informationen bereitstellen oder Dienste anderer Art erbringen.

Quelle: Wikipedia

9

Adaption – Woran?Adaption – Woran?

Quelle: Mobile Cartography - Dissertation

Tumasch Reichenbacher 10

AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele

Du weisst, woDeine Freunde sindDu

http://www.mobiloco.de/html/index.jsp

11

AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele

LBS in der Navigation(z.B. Auto, Flugzeug, ...)

12

AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele• Exponat-

Informationen • Wetter• Events

• Reiseroute mit PKW• Reiseroute zu Fuß• Reiseroute mit öffentlichen

Verkehrsmitteln• Umleitungen

• Stau• Unwetter• Tankstellen• Ampelschaltung

• Krankenwagen • Taxen• LKWs• Polizeiwagen

• Krankenwagen• Werkstatt• ADAC• Polizei, Feuerwehr

• Werbung• Sonderangebote• Produktinformationen• Preisvergleiche

• Freunde

• Handyparties• Outdoor-Spiele

Navigation

Telematik

Ressourcen-management

Infos

Entertainment

Kommunikation

Commerce

NotrufdiensteBackground Task

• Autotür auf• Kaffeemaschine an• Handy-Stummschaltung

LBS

Quelle: Wirtschaftsinformatik RWTH Aachen

13

AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele„track your kid“ von Armex (www.trackyourkid.de)verschiedenste Ortungsanwendungen sind möglich:• Auto kann mit Handy ausgestattet werden und ist damit

jederzeit lokalisierbar• wertvolle Gebrauchsgegenstände können überwacht

werden - mit anderen Worten: Jedes teure Gut ist es wert, im Falle eines Diebstahls, geortet zu werden.

• Außendienstmitarbeiter können so effektiv zu bestimmten Kunden geschickt werden

• Auch bei Eheproblemen hat sich track your kid® schon als gute Dienstleistung erwiesen.

Inhalt – LBSInhalt – LBS• Motivation und Einführung

– UMTS-Hype– Definition LBS– Anwendungsbeispiele

• Basistechnologien und Funktionsweise– Mobile Endgeräte– Netzwerk, Funktechnologien– Positionierung (satellitengestützt, netzwerkbasiert)– Informationsfluss

– Sicherheit und Persönlichkeitsrechte– Dynamische Kartenerzeugung

(MRDB, Echtzeit, perspektivische Darstellung)

15

Klassifikation mobiler EndgeräteKlassifikation mobiler Endgeräte

Quelle: Mobile Computing, Jörg Roth, dpunkt.verlag 16


• Allgemein: alle Geräte, die in einer Hand gehalten werden können

• Eingabe über zweite Hand (tastatur- oder stiftbasiert)

• Kein stationärer Aufbau nötig• Anwendungen vom Hersteller

vorhanden, es können aber auch weitere installiert werden

• Möglichkeit, Daten mit stationärem Computer abzugleichen

Handhelds – PDA (Personal Digital Assistant)

17


• derzeit Gegenstand der Forschung

• Vorteil: Benutzer haben die Hände für andere Tätigkeiten frei

• denkbar wären:• Schmuck (Ringe, Ohrringe)• modifizierte Armbanduhren• am Kopf oder Gürtel befestigt• in die Kleidung integriert

(in Schuhe oder Futter von Jacken)

Wearables

Schlechtes Beispiel

Schuhe als Energiequelle;Brillen, welche Informationprojizieren können

18


• „Kleinster mobiler Rechner der Welt“• Enthält einen nichtflüchtigen Speicher

(typisch 256 Bytes bis 32kBytes) sowie einen Prozessor (z.B. Intel 8051, Motorola 6805)

• Auf ein Zusatzgerät angewiesen, da keine Verbindung zur Außenwelt (außer elektronische Kontakte)

• Smart Cards: programmierbar z.B. mit Java, C, …

• Zugriff auf Daten nur über ein gespeichertes Programm• Einsatz: digitale Unterschrift, Zeiterfassungssysteme

Chipkarten

Skipass

19

Inhalt – LBSInhalt – LBS

• Motivation und Einführung– UMTS-Hype– Definition LBS– Anwendungsbeispiele

• Basistechnologien und Funktionsweise– Mobile Endgeräte– Netzwerk, Funktechnologien– Positionierung– Informationsfluss

• Mobile Informationssystem– WebPark- Projekt– ArcPad-Feldübung

20

FunktechnologieFunktechnologie

GSM, GPRS, UMTS

Realisiert Einwahl ins Internet und Client- und Server-Verbindung

Bluetooth

Server

Internet

Client

21


1.Generation:

• analog, z.B C-Netz der Telekom von 1985 - 2000

• reine Sprachübertragung

2.Generation:

• Anfang der 90er Jahre zur Entwicklung des digitalen Global System for Mobile Communications (GSM)

• Dienste wie den Kurznachrichtenversand (SMS) sowie die Datenübertragung

3.Generation:

• gemeinsame breitbandige Übertragung von Sprache und Daten

• UMTS nutzt neue Funkfrequenzen und erfordert deshalb eine komplett neue Infrastruktur

Entwicklung der Mobilfunkstandards

22

Vergleich der MobilfunkstandardsVergleich der Mobilfunkstandards

GSM GPRS UMTS

Max.Bandbreite 14,4 kbit/s 171,2 kbit/s 2,048 Mbit/s

ModusLeitungs-vermittelt

Paket-vermittelt

Leitungs- undPaketvermittelt

GenutzteVerfahren - Bündelung

Overheadred. Alle

Anwen-dungen

Fax, einfacheDatenübertr.

BurstartigerVerkehr Div.

Test-start 1992 Herbst 1999

Testbed: 1999Betriebsnetze:

2002

Betriebs-start 1993 2001 Januar 2003

?

Bandbreitef. Nutzer 9,6 kbit/s Lastabhängig

ca. 10-20 kbit/s

144 kbit/s384 kbit/s

2,048 Mbit/s


23


GSM GPRS UMTS



Paket-vermittelt



Overheadred. Alle

Anwen-dungen





2002


?


ca. 10-20 kbit/s


2,048 Mbit/s


• weltweit gängiger Mobilfunkstandard• in über 200 Länder von 1,55 Milliarden

Menschen genutzt (Stand Okt. 2005)• im Gegensatz zum Radio wird nicht mit

verschiedenen Frequenzkanälen gearbeitet (Frequenzmultiplex), sondern sog. Zeitpmultiplex verwendet

• GSM-Funkkanäle sind in acht Zeitfenster unterteilt

• Geräte senden auf einer Frequenz innerhalb eines kurzen Zeitfensters (von einer 600 Millionstel Sekunde)

• TDMA - Time Division Multiple Access

GSM:(Global System for Mobile Communications)

24


GSM GPRS UMTS



Paket-vermittelt



Overheadred. Alle

Anwen-dungen





2002


?


ca. 10-20 kbit/s


2,048 Mbit/s


• neuere Übertragungstechnik in GSM-Netzen

• ermöglicht Nutzung des Internets bei voller Farbdarstellung

• nutzt Vorteile der paketorientierten Datenübertragung (Zeifenster stehen mehreren Nutzern zur Verfügung)

• Kanalbündelung• Nutzungskosten werden datenabhängig

berechnet

GPRS:(General Packet Radio Service)

25


GSM GPRS UMTS



Paket-vermittelt



Overheadred. Alle

Anwen-dungen





2002


?


ca. 10-20 kbit/s


2,048 Mbit/s


• Unterschied zwischen der GSM- und der UMTS-Technologie liegt in der Bandbreite der genutzten Frequenzen

• GSM: 200 kHz ¦ UMTS: 5 MHz - das ist der 25fache Wert

• UMTS arbeitet paketorientiert, d.h. es werden nur die übertragenen Daten bezahlt

• ständiger online-Zugriff• WCDMA - Wideband Code Division

Multiple Access• maximale Übertragungsrate sinkt mit

dem Abstand des Handys zum Funkmast und mit der Geschwindigkeit, mit welcher das Handy bewegt wird

UMTS:(Universal Mobile Telecommunicat. System)

26


• Funk - Übertragungstechnik für den Nahbereich• Reichweiten von ca. 10 bis max. 100 Meter• kabellose Netzwerke mit bis zu 80 Endgeräten • Ultrahochfrequenzbereich bei 2,4 Gigaherz• Übertragungsraten liegen bei 1000 kbit/s

(15-fache ISDN-Geschwindigkeit)

kabellose Vernetzung

eines Headsets

• Bluetooth zeichnet sich aus durch> geringen Hardwarekosten, > niedrigem Stromverbrauch und> Echtzeitfähigkeit in den Bereichen

Sprachübertragung, Audio-Video-Lösungen und der drahtlosen Übertragung zwischen Kleinstgeräten

Bluetooth

27


GSM, GPRS, UMTS...• Wide Area Network• universeller Zugriff

802.11, HiperLAN...• Wireless LAN• hohe Datenraten

IrDA• sehr geringer Strom-

verbrauch• keine Interferenz

Bluetooth• sehr kleine Zellen• ad-hoc Networking• klein und stromsparend• geringe Übertragungsleistung

WWAN (Zone 2/3)Wireless wide are network

WLAN (Zone 1)Wireless localarea networks

WPAN (Zone 1)Wireless personal area networks

28


not licensed spectrum1-161-1.5m, needs

line of sightIrDA (infrared)

1050mHomeRF

~ 2.4 GHz,not licensed Spectrum

110mBluetooth

WPANWireless

personal area networks

11100mIEEE 802.11b

5450mIEEE 802.11a

~ 2.4 & 5 GHz,not licensed Spectrum

10010mUltra-WidebandWLAN

Wireless localarea networks

2.0UTMS (G3)

0.160GPRS

~ 900 MHz,licensed

Spectrum

0.009-0.014base station distance

100m-35km

GSM (G2)WWAN

Wireless wide are network

frequency domain

Data Rate(Mbps)

Average rangeNetwork technology

29





30

Verfahren zur Positionsbestimmung

Verfahren zur Positionsbestimmung

Tracking Positioning

• Position einer Person oder eines Objektes wird von einem Sensorennetzwerk bestimmt

• Dazu wird Benutzer mit einer Marke versehen, die vom Netzwerk erkannt wird

• Position muss gegebenenfalls dem Benutzer übermittelt werden

• Der mobile Nutzer bestimmt die Position selbst (auf Basis von Funk-, Infrarot-oder Ultraschallsignalen)

• Positionsangabe liegt primär beim Nutzer vor und steht zunächst nicht für andere Personen im Netzwerk zur Verfügung

31

PositionsbestimmungPositionsbestimmung

32

Global Positioning System (GPS), basierend auf 24 Navstar Satelliten

A-GPS (Wireless Assisted Global Positioning System) - Verwendung von Zusatzinformationen wie Satelliten-bahndaten und Hilfsdaten zur schneller Satellitenakquisition

Mit einem GPS-Empfänger ausgerüstete mobile Endgeräte erreichen Positions-genauigkeiten bis zu 10 Meter.

33

PositionsbestimmungPositionsbestimmungGPS

• Positionsbestimmung basiert auf Messung von Signallaufzeiten zwischen Satelliten und GPS-Empfänger

• Theoretisch reichen die Signale aus drei Satelliten:

• 2 für Position auf der Erdoberfläche

• 1 für Höhe

• 4. Signal wird benötigt um Zeit zu synchronisieren, da die Uhr der GPS-Empfänger in der Regel zu ungenau ist

• für Genauigkeit von 3 Meter muss die Zeitunsicherheit kleiner als 10 Nanosekunden sein

NAVSTAR-Satellit der zweiten Generation

34

PositionsbestimmungPositionsbestimmungGalileo

http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/index_en.htm

• Europäisches Satellitennaviga-tionsnetz, bestehend aus 30 Satelliten zur zivilien Nutzung

• Genauigkeit von 1m, bei kontinuierlicher Verfügbarkeit

• 2002-2005 Entwicklungsphase2006-2007 Errichtungsphaseab 2008 Betriebsphase

• Kosten von 3.2-3.4 Mrd. Euro (entspricht 150 km Autobahn)

• kostenloser Basisdienst, analog GPS + kostenpflichtiger Dienst

35

PositionsbestimmungPositionsbestimmungNetzwerkbasierte Lokalisierung

• Bei netzwerkbasierter Lokalisierung wird die Aufgabe der Messung als auch der Berechnung vom Mobilfunknetz übernommen.

• Ein Mobilfunknetz ist zellular aufgebaut, wobei eine Zelle dem Einflussbereich einer Basisstation entspricht.

• Die einfachste Form der Positionierung besteht in der Angabe der jeweiligen Mobilfunkzelle (Cell ID).

• In dichten Netzgebieten Genauigkeit zwischen 100-150m, auf dem Land bis 35km.

36

PositionsbestimmungPositionsbestimmungNetzwerkbasierte Lokalisierung• Verbesserung durch Angabe des Zellsektors mittels

sektorisierter Antennen

• Berücksichtigung der Laufzeit von der Basisstation zum Empfänger (Timing Advanced - ca. 550m Genauigkeit)

• Einbeziehung von zusätzlichen Informationen aus Datenbanken,z.B. Verwendung einer Strassendatenbank

37

PositionsbestimmungPositionsbestimmungNetzwerkbasierte Lokalisierung

• Messung der Signalstärke in der Mobilfunkzelle

• Messung des Einfallwinkels

• Laufzeitmessung des Signals

Methoden der Positionsbestimmung:

38

PositionsbestimmungPositionsbestimmung

39





40

InformationsflussInformationsfluss

41

Industrie /Anwendung

Universitäten

WebPark

Anwendung

Forschung

WebPark – ProjektWebPark – Projekt(x,y)

ii

(x,y)

i

Ziel: Plattform für die Vermittlung ortsbasierter Dienste (LBS)42

• Bluetooth GPS EMTAC

Hardware

• Qtec 2020

• Bluetooth GPS Pharos

Mobile InformationssystemeMobile Informationssysteme

43

Mobile InformationssystemeMobile InformationssystemeArchitektur

Generalization

Pricingengine

SmartCachefolders

DisplayDataMaps

PocketMS-IE

Cacheand

remoteBrokerComponents

TinyLocalHTTP

ServerWFS

WMSDB

Client Server

profitiert von verteilter Verarbeitung und nutzt lokalen Datenspeicher, wenn keine Funkverbindung möglich ist...

GPS

OGC requests

44


WebPark services

KartenWo bin ich?(POI, FOI)

RäumlicheBookmarks

Routen, Höhenprofile

Suche nachPflanzen &

Tieren

Information ranking (Agents)

Adaption, Personali-

sierung

Generalisierung

45


WebPark services

KartenWo bin ich?(POI, FOI)

RäumlicheBookmarks

Routen, Höhenprofile

Suche nachPflanzen &

Tieren

Information ranking (Agents)

Adaption, Personali-

sierung

Generalisierung

46

47

Anwendertests• 87 Tests• Über 100 Personen

• 73 Switzerland• 12 Germany• 1 Netherlands• 1 Israel

• 57 male• 30 female

05

1015202530

10 -15

16 -20

20 -30

31 -40

41 -50

51 -70


48

Ergebnisse: allgemeine Fragen

48

42

9

11

10

12

15

18

21

37

26

22

31

35

2

5

18

10

7

18

14

2

2

3

0

1

5

2

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Weight

Size of thedevice

Handling

Buttons

Symbols forAnimals/Plants

Menu structure

Informationcontent

Ple

ase

rate

the

follo

win

g fro

m 1

(ver

ygo

od) t

o 4

(ver

y ba

d)

1 (very good) 2 3 4 (very bad)


49

0% 20% 40% 60% 80% 100%

How do you ratethe ease ofinformation

provision overall?

very good good bad very bad no answ er

Ergebnisse: allgemeine Fragen

Einfachheit der InformationsvermittlungInformationsver-mittlung muss

weiter vereinfacht

werden


50

Ergebnisse: Änderung der Menüstruktur

Alt


Gewünschte Infor-mation ist mit weniger Aufwand verfügbar als vorher, was zu grösser Nutzer-akzeptanz führt

51

Ergebnisse: Kartendarstellung

Alt


Verschiebepfeile und Maßstabsbalken nun im Darstellungsfenster integriert

52

Vorteile für den BesucherVorteile für den Besucher

Die Frage wird dort beantwortet, wo sie gestellt wird.

Es wird nur die Frage beantwortet, die gestellt wird.

Die Gäste können sich aktiv an den Beobachtungen beteiligen

53


Keine (neuen) Installationen im Gelände: Der Wildniseindruck wird erhalten.Neue Erkenntnisse und Informationen sind einfach und sofort integrierbar.Bestehende Monitoringprogramme können angepasst und für die Besucherinformation eingesetzt werden.

Vorteile für das Park Management

54

ArcPad-FeldübungArcPad-FeldübungZiele:1. Positionierungsgenauigkeit von

GPS im realen Einsatz testen2. Funktionalitäten von ArcPad

(mobiles GIS von ESRI) ausprobieren

3. Möglichkeiten mobiler GIS kennen lernen

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ArcPadArcPad• ArcPad ist das „mobile GIS“ von

ESRI• Automatische Positionierung und

Kartenpräsentation im Feld möglich• Einsatz für Erfassung und

Fortführung geografischer Daten:– Daten können vom PC auf den mobilen

Rechner übertragen und im Feldeinsatz weiter verwendet werden

– Datenerfassung erfolgt mit GPS-Unterstützung

– Daten können einfach mit den zentralen Geodaten abgeglichen werden

• Einbeziehung aktueller Online-Informationen bei Verfügbarkeit einer Internetverbindung (per Mobiltelefon)

56

DatenaufbreitungDatenaufbreitung

Datenaufbereitung erfolgt in ArcMap• Rasterkarten einscannen und in ArcMap geo-

referenzieren• Daten selber digitalisieren bzw.

Zusatzinformation integrieren• Mit WMS verbinden und Daten als geo-

refernzierte Bild-Dateien abspeichern

57

DatenaufbreitungDatenaufbreitung

1. Daten einscannen und in ArcMap geo-referenzieren

2. Mit WMS verbinden und Daten als geo-refernzierte Bild-Dateien abspeichern

58

WebPark –wenn Natur und

Technologie zusammenarbeiten!

Dr. Dirk BurghadtUniversität Zü[email protected]

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