ibis Intelligent Bike Information System 23. Ma rz 2015 Theodor-Fliedner-Gymnasium & RWTH Aachen ibis Leonard Rapp und Raphael Lehmann U berlegungen

Transkript

1 Intelligent Bike Information System Theodor-Fliedner-Gymnasium & RWTH Aachen 23. Ma rz 2015

2 Inhalt 1 2 Aufbau UI Interne Abla ufe Screenshots Probleme 3 Grundaufbau / Implementierung Trackdaten sammeln Routing Implementierung Performance 4 OpenStreetMap Gesammelte Benutzerdaten Map Matching 5

3 Ziele: Mo glichst genaue Vorhersage der Ankunftszeit und beno tigten Geschwindigkeit Fu r Fahrradfahrer optimierte Streckenfu hrung unter Einbezug der fu r Fahrradfahrer relevanten Wie ist das am Besten mo glich? Selbstlernend durch Nutzererdaten

4 Aufbau UI Aufbau UI Interne Abla ufe Screenshots Probleme MainActivity: Begru ßungstext und Weiterleitungen, Tracking starten oder stoppen SettingsActivity: Einstellungen fu r die Karte (Overlays, Schriftgro ße, etc.) RoutingActivity: Routenfindung (Addresse oder aktuelle Position), optionales Nutzen von gesammelten ShowDataActivity: Kernstu ck, Infoboxen und Karte (Open Cycle Map) UploadActivity: Hochladen des Tracks InfoActivity: Informationen zu Projekt und Lizenzen Notification: wird bei aktiviertem Tracking gestartet Tracking kann u ber die Notification oder die Einstellungen beendet werden

5 Interne Abla ufe Aufbau UI Interne Abla ufe Screenshots Probleme Bei Start der ShowDataActivity wird der Tracking Service gestartet onlocationchange: Calculate wird aufgerufen, Punkt wird gespeichert Alle relevanten werden in globaler Klasse gespeichert ShowDataActivity ruft regelma ßig Werte aus der globalen Klasse ab und stellt diese dar Routenfindung: Eingegebene Start- und Endpunkte werden an den gesendet, Kalkulation mit Nutzerdaten optional Strecke wird in SQLite bank gespeichert und als Polyline in die Karte gezeichnet

6 Screenshots Aufbau UI Interne Abla ufe Screenshots Probleme

7 Probleme Aufbau UI Interne Abla ufe Screenshots Probleme Kein Informatikunterricht in der Oberstufe Keine Vorkenntnisse in der Android Programmierung Spa te Entscheidung fu r das Projekt (Entwicklung seit Mitte Dezember) Schlecht oder u berhaupt nicht dokumentierte APIs (osmdroid)

8 Grundaufbau / Implementierung Grundaufbau / Implementierung Trackdaten sammeln Routing Implementierung Performance Implemetierung in PHP Stellt die API fu r den Zugriff auf sa mtliche bereit Greift intern auf PostgreSQL bank zu Features: Tracks hochladen und abfragen Tokens erzeugen, verifizieren, verwalten Routen berechnen WebUI Tracks anzeigen Routen abfragen Statische Kosten bearbeiten Statische wie dynamische Kosten visualisieren Tracks lo schen Authentifizierung Verarbeiten/Aufbereiten der Tracks und Berechnen der dynamischen Kosten schutz und Anonymisieren

9 Verarbeiten/Aufbereiten der Benutzerdaten Grundaufbau / Implementierung Trackdaten sammeln Routing Implementierung Performance empfa ngt Track und speichert diesen in bank Grobe aufbereitung findet in der bereits statt: Lo schen von zu geographisch oder zeitlich zu nah bei einander liegenden Punkten Erweiterte statistische Filter auf dem Nebenbei: Berechnung der La nge, Durchschnittsgeschwindigkeit,... Map Matching : Einrasten der Punkte des Tracks auf die OpenStreetMap- nach Distanz und Richtung Berechnung der Kosten fu r jedes Teilsegment

10 Routing Implementierung Routing selbst innerhalb von pgrouting Routenanfrage u ber die API, folglich u ber den (PHP) Grundaufbau / Implementierung Trackdaten sammeln Routing Implementierung Performance Pfad-Kosten werden vor und wa hrend der Routenberechnung gema ß u bergebenen Parametern der Routenanfrage aus der bank gelesen. Route wird von aufbereitet: Ru ckgabe im JSON Format (da kompakt) Route als Array von Koordinaten Zusa tzlich: Ho henprofil

11 Routing Performance Grundaufbau / Implementierung Trackdaten sammeln Routing Implementierung Performance Performance: PL/PgSQL Funktionen statt PHP mit Inline-Querys gegen Latenz. Bisher kaum umgesetzt, erschwert Debuggen Routing-Algorithmus: Shortest Path Shooting Star liefert schneller Ergebnisse mittels Heuristik, jedoch unter Umsta nden nicht die optimale Route (sehr geringe Wahrscheinlichkeit) Bounding Box: Beschra nkung des Algorithmus auf einen vorher abgescha tztes Rechteck

12 OpenStreetMap OpenStreetMap Gesammelte Benutzerdaten Map Matching Wir verwenden OpenStreetMap zur Routenberechnung, Adressensuche und Kartendarstellung Aufbereitung fu r pgrouting mittels Tool osm2pgrouting Adressensuche mit Nominatim (demna chst evtl. Komoot Photon fu r Suchvorschla ge) in eigener bank jeweils beschra nkt auf NRW wegen begrenzten Speichers Tile- (Tiles: Kartenausschnitte aus Pixelgrafiken) fu r Deutschland mit eigenem Fahrrad-optimiertem Stil (noch nicht fertig)

13 Gesammelte Benutzerdaten OpenStreetMap Gesammelte Benutzerdaten Map Matching Bisher etwa Track-Punkte / GPS-Koordinaten mit Latitude / Longitude Zeitstempel (Millisekunden) Anonymisieren teilweise mo glich, jedoch wollen wir Uhrzeit-/Wochentags-Informationen und groben Zeitraum erhalten zur spa teren Auswertung. Ho he (altitude/elevation) Genauigkeit des GPS-Fixes Geschwindigkeit, falls geliefert vom GPS-Empfa nger

14 Gesammelte Benutzerdaten Map Matching Die Gesammelte Benutzerdaten mu ssen den gefahrenen Wegen zugeordnet werden. Wege in OpenStreetMap bank vorhanden OpenStreetMap Gesammelte Benutzerdaten Map Matching Unterschiedlich lange Abschnitte (ca. 2 bis 100 Meter) Ha ufig parallel verlaufende Wege (Autofahrbahn, Fußweg, Gegenfahrbahn,...) Map Matching durch Routenberechnung Kosten fu r Routenberechnung abha ngig von Entfernung der Wege zu Trackpunkten (und Art der Wege)

15 Vorhersage der Ankunftszeit und Geschwindigkeit: Funktioniert gut und ist hilfreich Map-Matching wa hrend der Fahrt fu r genauere Berechnungen Optimierung fu r Radfahrer: Verschiedene Profile haben deutliche Auswirkungen Profile wurde von uns festgelegt Erstellung perso nlicher Kostenprofile Einbeziehung dynamischer Kosten (Nutzerdaten) funktioniert, aber: Zu wenige fu r verla ssliche Ergebnisse

16 Screenshots Default / Scho n / Schnell / Kurz

17 Map Matching Dynamische Kosten: Map Matching funktioniert nicht

18 Map Matching Dynamische Kosten: Map Matching funktioniert

19 Wir wollen das Projekt weiterfu hren und anderen die Mitarbeit ermo glichen Vero ffentlichung auf GitHub als Open Source (A)GPL v3 Lizenz Ideen / Features: Einbindung der Gela ndedaten Selbst erstellbare Kostenprofile Fahrtanweisungen Perso nlicher Fahrrad-Computer: Auswertung der hochgeladenen Tracks fu r den Benutzer Live-Tracking

20 Codezeilen etc. Codezeilen: : 2198 PHP und 751 HTML/JavaScript Skripte: 179 Bash : 3057 Java und 1275 XML Dokumentation: 1410 LaTeX Gesamt: 8870 (Regionalwettbewerb: 8022)