Intelligent sensing for robot mapping and simultaneous human localization and activity recognition

Algılama alanının iki ayrı kolu olan ultrasonik algılayıcılar ve eylemsizlik algılayıcıları konularında üç farklı problem ele alınmıştır. Bu iki alandaki uygulamalar temelde birbirinden farklı olduğundan, bu tez iki ana kısımdan oluşmaktadır. Her iki alanda da ortak olarak basit algılayıcılardan alınan ham veriler akıllı yöntemlerle işlenerek dış ortam hakkında anlamlı bilgi edinilmiştir.İlk kısımda, ayrık noktalardan oluşan iç ortam haritalarını düzenlemek ve değerlendirmek amacıyla yılan eğrileri ve Kohonen ağları yöntemleri uygulanmıştır. İki farklı nokta kümesini karşılaştırmak amacıyla Öklid uzaklığına dayanan genel bir hata ölçütü geliştirilmiştir. Bu nokta kümeleri, (i) farklı haritalama teknikleri veya algılama yöntemleriyle oluşturulmuş iki farklı haritanın, (ii) farklı haritalama teknikleri ile elde edilmiş haritalara uyarlanan iki eğrinin, ya da (iii) birisi bir haritanın, diğeri uyarlanmış bir eğrinin üzerindeki noktalardanoluşacak şekilde seçilebilir. Bu hata ölçütünü kullanarak farklı yöntemlerle elde edilmiş haritaları birbirleriyle ya da bir referans haritasıyla karşılaştırmak mümkündür. Yılan eğrileri ve Kohonen ağlarının parametreleri, parametre uzayını eşit parçalara bölme ve parçacık sürü optimizasyonu yöntemleri kullanılarak eniyilenmiştir. Ultrasonik haritalama alanından deneysel verilere dayalı açıklayıcı bir örnek verilerek mutlak referans olarak kabul edilen bir lazer haritası ile karşılaştırılmıştır. Her iki yöntem de ayrık noktalardan oluşan haritalardaki boşlukları doldurabilmektedir. Yılan eğrileri aykırı değerlere daha duyarsız olduğundan Kohonen ağlarından daha iyi sonuç vermektedir. Tanımlanan hata ölçütü ve kullanılan iki yöntem, başka haritalama yöntemleri veya algılayıcılar ile elde edilmiş haritalara da uygulanabilecek kadar geneldir.İkinci kısımda, vücuda takılan eylemsizlik algılayıcıları ve manyetik algılayıcılar yardımıyla günlük aktiviteler ve spor aktivitelerini ayırdetme ve GPS olmayan ortamlarda konum belirleme çalışmaları yapılmıştır. Kullanılan algılayıcı üniteleri üç-eksenli jiroskop, üç-eksenli ivmeölçer ve üç-eksenli manyetometrelerden oluşmaktadır. Allan varyans yöntemiyle bu algılayıcıların hata karakteristikleri modellenmiş, düşük ve yüksek frekanslı hata bileşenlerinin parametreleri kestirilmiştir.Daha sonra, vücuda takılan eylemsizlik algılayıcıları ve manyetik algılayıcılar ile farklı aktivite ayırdetme yöntemleri arasında karşılaştırmalı bir çalışma yapılmıştır. Aktiviteler, göğüse, kollara ve bacaklara takılan beş adet algılayıcı ünitesi ile ayırdedilmiştir. Algılayıcı verilerinden çok sayıda öznitelik çıkarılmış, daha sonra bu öznitelikler asal bileşenler analizi ve ardışık öznitelik seçme yöntemleri ile sayıca azaltılmıştır. Sekiz farklı örüntü tanıma tekniği ele alınmış, ve bu teknikler doğru ayırdetme yüzdesi, hesaplama maliyeti, eğitme ve veri depolama gereksinimi açılarından karşılaştırılmıştır. Vücudun farklı yerlerine takılan algılayıcılar ile elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Sonuçlara göre, belli bir kişinin verisi eğitme için kullanıldığında, Bayesçi karar verme gibi basit bir ikinci derece sınıflandırıcı ile %99'un üzerinde doğru ayırdetme oranlarına ulaşmak mümkündür. Ancak ilgili kişinin verileri eğitme için kullanılmıyorsa daha karmaşık sınıflandırıcılara başvurulmalıdır. Bu durumda beklenen doğru ayırdetme oranı %85 civarındadır.Son olarak vücuda takılan algılayıcılar ile insanlarda konum belirleme problemi de ele alınmıştır. Eylemsizlik algılayıcılarında karakteristik olarak, konum belirleme için hız verilerinin tümlevi alınması nedeniyle bir sapma hatası bulunmaktadır. Bu sapma hatası sebebiyle eylemsizlik algılayıcılarından elde edilen konum ve yönelim verisi ancak kısa süreler için güvenilir olmaktadır. Dolayısıyla dış ortamdan referans alan algılayıcılar ile konum güncellemesi yapmak gereklidir. Ancak eğer ortamın haritası biliniyorsa, kullanıcının aktivite verisi, konumu hakkında da bilgi vermektedir. Özellikle aktiviteler arası geçişler haritada ayrık konumlara karşılık gelmektedir. Konum belirleme ile eşzamanlı olarak aktiviteayırdetme işlemi de yapıldığında, aktiviteler arası geçişleri belirlemek ve karşılık gelen konum bilgisini konum belirleme süzgecinde güncelleme olarak kullanmak mümkündür. Konum belirleme süzgeci aynı zamanda düzleştirici işlevi görmekte, sıfır hız güncellemesi yoluyla elde edilmiş ileriye ve geriye yönelik kestirimleri birleştirmektedir. Sekiz denek ile iç ve dış ortamda ?yürüme,? ?dönme? ve ?ayakta durma? aktivitelerini içeren deneyler yapılmıştır. İlk kısımdaki hata olçütü kullanılarak konum hatalarının %85 oranında azaldığı görülmüştür. Bunun dışında bir iç ortamda gerçeğe uygun üç-boyutlu bir deneyin sonuçları verilmektedir. Bu ortamda eşzamanlı konum belirleme ve aktivite ayırdetme yöntemiyle konum hatalarının %90'ın üzerinde düzeltilebildiği gösterilmiştir.