tmmob 6. coğrafi bilgi sistemleri kongresi, 23 konum ...coğrafi bilgi sistemleri kongresi, 23-25...
TRANSCRIPT
TMMOB 6. Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi, 23-25 Ekim 2019, Ankara.
* Sorumlu Yazar: Tel: (0212) 276 04 34 Faks: -
E-posta: [email protected] (Onur EROĞLU), [email protected] Mehmet Doğan),
Konum Tabanlı Hizmetler, Bluetooth Tabanlı İç Mekan Konumlandırma Hizmeti, Antalya İli Örneği Onur Eroğlu1, *, Mehmet Doğan2
1Geomatik Mühendisi, Boni Global İletişim Hizmetleri A.Ş, 2Geomatik Yüksek Mühendisi, Antalya Büyükşehir Belediyesi, 07310, Antalya.
Genişletilmiş Özet Konum tabanlı hizmetler (Location Based Services), mobil cihazlardan yararlanarak kullanıcının konumunun belirlendiği ve
belirlenen bu konumu kullanarak kullanıcıların konuma dayalı çeşitli ihtiyaçlarına cevap veren bilgi sistemleridir. Günümüzde
özellikle mobil cihazların ve mobil iletişim teknolojilerinin gelişmesi ve yaygınlaşması ile kullanıcıların mobil uygulamalardan
beklentileri farklılaşmaya başlamıştır. Bu sistemlerin kullanıldığı uygulamalar ile en fazla karşılaşılan alanlardan birisi de
yönlendirme uygulamalarıdır. Cep telefonları üzerinde artık birçok sensör ve radyo sinyali alıcısı bulunmakta ve kapalı alanlarda
konum tespiti sistemleri de bunlardan birkaçını ya da hepsini kullanarak konum hesabı yapabilmektedir. Küresel konum belirleme
sistemi verisinin kullanılamaz olduğu kapalı mekânlarda yüksek başarımlı konum belirleme servislerinin geliştirilebilmesi için
pozisyon bilgisini aktaracak vericilere ihtiyaç duyulmaktadır. Beaconlar düşük enerjili bluetooth (Bluetooth Low Energy – BLE)
teknolojisini kullanarak konum bilgisi sağlayan bir teknolojidir. Bu çalışmada Antalya Büyükşehir Belediyesi ana hizmet binasının iç
mekân navigasyon yönlendirmesinin bluetooth teknolojisi ile sunulduğu hizmete dair teknik bilgiler verilerek değerlendirilmesi
yapılacak ve geliştirilerek yaygınlaştırılması hususunda öneriler getirilecektir.
Anahtar Sözcükler
Antalya, Akıllı Kent Uygulamaları, İç Mekan Konumlandırma, Yaya Navigasyonu, Bluetooth Beacon,
1. Giriş
Konum Tabanlı Hizmetler; bir mobil cihazın coğrafi konum bilgisinden yararlanan ve bu bilgilere dayanarak son
kullanıcıya bir dizi hizmet vermek için uygulamalar geliştiren bilgi sistemidir.[1] Bu servisler mobil kullanıcılara konum
verilerine dayalı kişiselleştirilmiş hizmetler ve uygulamalar sunabilmektedirler. [2] 2000’li yılların başında GPS
kullanımının sivil ve ticari kullanımlar için daha duyarlı hale gelmesi ile beraber konum tabanlı servisler, mobil cihaz
üreticileri ve telekom şirketleri için ticari bir katma değer yaratmak adına gelişmeler yarattı.[3] Gelişen akıllı mobil
cihazlar ve mobil iletişim sistemler ile beraber yönlendirme uygulamaları ön plana çıkmaktadır. Özellikle büyük yerleşim
alanlarında trafik yoğunluğu bilgisi ve gidilmek istenen yere kadar yönlendirme, mobil kullanıcılara dış mekanlarda
asistan görevi görmektedir. Lokasyon servisleri mobil kullanıcıların ihtiyaçları doğrultusunda lokal ölçekte veya global
ölçekte hizmet sağlayabilmektedir. Dang-en ve Zhili (2015), çalışmalarında lokal bir veritabanında kampüs bazlı, web
tabanlı bir dış mekan navigasyon servisi geliştirmişlerdir. Servisin gelişiminde JavaScript,XML,PHP ve GNSS
teknolojileri kullanılmıştır [4]. Öte yandan LBS global ölçekte Google+, Foursquare gibi sosyal ağlar ile mobil
kullanıcılara yer bildirimi, yer keşfi, konum bazlı etkinliklere erişim gibi hizmetler sunmaktadır.[5]
Günümüzde insanların günlük yaşamda vakitlerinin yaklaşık 90%‘ını iç mekanlarda geçirdiği göz önüne
alındığında, bu ortamlarda mekan bilgisi giderek önemli hale gelmektedir.[6] Kapalı mekanlarda küresel konumlama
verisinin kullanılmaz olması durumu, gidirek kompleks bir hale mekanlarda yaşayan insanoğlunu yeni teknolojiler
üretmeye mecbur kılmıştır. Kapalı mekanlarda mobil kullanıcıların konum bilgilerini elde edebilmek amacı ile Wi-Fi
tabanlı, Beacon (Bluetooth Low Energy – BLE) tabanlı, RFID tabanlı (Radio Frequency Identification Device), Ultra
Wideband tabanlı ve Akustik Sinyal tabanlı konumlandırma teknolojileri geliştirilmiştir.[7]
Bu çalışmada kullanılan düşük enerjili Bluetooth işaretçi (beacon) teknolojisinin iletişim teknolojisi olan düşük
enerjili Bluetooth (Bluetooth Low Energy BLE), geleneksel bluetooth standardının düşük güç tüketen modelidir.
Geleneksel Bluetooth teknolojisini kullanan cihazlarda güç tüketimi yaklaşık olarak 30 mA mertebesindeyken, BLE
teknolojisini kullanan cihazlarda güç tüketimi 15 mA'in altında gerçekleşmektedir [18]. Söz konusu olan bu düşük güç
tüketimi ve düşük güç uyku modlarından dolayı, BLE cihazları yıllarca görev yapabilmektedir. BLE, geleneksel
Bluetooth ile aynı frekans bandında 2,4 GHz’de çalışmakta olup, 2 MHz’lik farklı bir frekans atlamalı yayılmış spektrum
(frequency hopping spread spectrum – FHSS) yapısı kullanmaktadır [18]. BLE işaretçi (beacon) ise, düşük enerjili
Bluetooth teknolojisini kullanan konum tabanlı bir etkileşim teknolojisidir. BLE işaretçi (beacon) teknolojisi iç mekanda
tam konum belirleme yerine BLE işaretçi (beacon) vericisine yakın olunduğunun tespit edilmesi şeklindeki
uygulamalarda öncelikle kendine kullanım alanı bulmuştur. Bu yüzden bu teknoloji, müzelerde, yakından pazarlama
uygulamalarında, otomatik kayıt yaptırma (check-in) ve temassız ödeme gibi kullanım alanlarında daha sık kendini
göstermektedir. İç mekan konum belirleme sistemlerinde kullanımı ise genelde navigasyon ile yönlendirme amaçlıdır,
ayrıca yoklama sistemlerinde aktif olarak kullanılmaktadır. BLE işaretçi (beacon) kullanılarak iç mekanda hassas olarak
konum belirleme çalışmaları son beş yılda ağırlık kazanmıştır. İç mekan konumu, her bir işaretçi (beacon)’ın sınırlı
menzili ile belirlenir ve kullanıcının konum bilgisi, kapsama alanındaki tüm BLE işaretçi (beacon)’lardan alınan
Konum Tabanlı Hizmetler, Bluetooth Tabanlı İç Mekan Konumlandırma Hizmeti, Antalya İli Örneği
işaretlerin kesişiminden elde edilir. BLE işaretçi (beacon) tabanlı iç mekan konum belirleme sistemlerinde ortalama hata,
genellikle 1 m – 2 m aralığında değişmektedir [18].
Bu çalışmada farklı iç mekan konumlandırma teknolojileri incelenmiş, Antalya Büyükşehir Belediyesi Ana
Hizmet Binası’nda görme ve işitme engelli bireyler için bleutooth teknolojisi kullanılarak sunulan navigasyon hizmetine
dair teknik bilgiler ışığında hizmetin geliştirilmesi ve sürdürülebilirliğinin sağlanması adına çözüm önerileri sunulmuştur.
2. İç Mekan Konum Servisi Teknolojileri
2.1 Wi-Fi Tabanlı Fingerprint Yöntemi
Wi-Fi tabanlı iç mekan konumlandırma sistemleri iki aşamalı bir çalışma (çevrim içi-çevrim dışı) sonucu elde
edilebilir.[8] Çevrim içi aşamada kapalı mekan içerisinde mobil cihazlar kullanırak Wi-Fi cihaz bilgisi MAC ID ve buna
bağlı sinyal kuvveti göstergesi RSSI verileri elde edilir.[9] Bu verilere dayanarak kapalı mekanın sinyal haritası elde edilir
ve t anında x,y konumunda var olan MAC ID ve RSSI verileri birbirleri ile eşlenir. [10] Çevrimdışı aşamada ise mobil
cihazlar birleri eşleyen verilere dayanarak son kullanıcı için anlık konum hesaplar.[11]
Şekil 1: İç mekân konum tespitinin çevrimiçi ve çevrimdışı aşamaları [12] Şekil 2: Kapalı mekan RSSI sinyal haritası
2.1 Beacon Tabanlı-Trileteration Yöntemi
Beacon, bataryalar ile çalışan düşük enerjili bluetooh sinyalleri yayan bir radyo vericisidir[13]. Bu vericiler
bluetooth protokolleri yardımı ile bluetooth özelliğine sahip mobil cihazlar ile iletişime geçerbilirler. Mobil cihazlar
beacon vericilerinden uzaklaştıkça algıladıkları RSSI değeri giderek azalır. Farklı işletim sistemlerine sahip mobil
cihazlarda maximum algıma oranı değişiklik göstermektedir. 4 dbm sinyal yayılım gücü, 1.2 metre yükseklikte
konumlandırılmış beaconlar, iOS işletim sistemine sahip mobil cihazlarda 85 metre, android işletim sistemi sahip mobil
cihazlarında ise 100 metreye kadar kapsama alanına sahiptirler.[14] Kapsama alanları beaconların sinyal yayılım gücü,
konumlandırıldığı yükseklik, bulunduğu ortamın sinyal yansıtma oranına göre değişiklik göstermektedir. Trileteration
yöntemi ise; alıcı (mobil cihazlar) ve vericiler (beacon) arasındaki mesafenin tahminlenmesi sonucu alıcı cihazın
konumunu bulma esasına dayanır. Mobil cihazın konumunun tahminlenmesi için 3 veya daha fazla vericinin sinyal güçleri
dikkate alınır.[15] Yöntem kullanılırken vericilerin mesafeye bağlı olarak sinyal güçlerinin katlanarak azalacağı veya
artacağı dikkate alınmalıdır.
Şekil 3: Trileteration Yöntemi kullanılarak iç mekan konum belirlenmesi [16]
Onur Eroğlu, Mehmet Doğan
3. Uygulama
3.1. Çalışma Alanı
2011 yılında Tüik tarafından Nüfus ve Konut Araştırması raporuna göre nufüsumuzun %1.4’ünü görme engelli
bireyler, %1.1’ini işitme engelli bireyler oluşturmaktadır. [17] Güncel nüfusumuz ile oranlandığında Türkiye’de yaklaşık
olarak 1.120.000 görme engelli birey, 880.000 işitme engelli birey bulunmaktadır. Görme ve işitme engelli bireylerin
topluma kazandırılması ve engelsiz bir ortam sağlanması motivasyonu ile Antalya Büyükşehir Belediyesi Ana Hizmet
Binası’nda Mayıs 2018 tarihinde görme ve işitme engelli bireyler için erişilebilir standartlarda kapalı alan navigasyon
uygulaması faaliyete geçirilmiştir. Uygulamanın tasarımı, teknoloji seçimi, sistem entegrasyonu, sistem testleri ve
optimizasyon aşamaları için 2 aylık bir proje planlama süresi belirlenmiştir.
3.2. İç Mekan Konum Servisleri Kullanımında Teknoloji Seçimi
İç mekanda konum verileri elde etmek adına mevcutta binada bulunan wi-fi altyapısının sinyal yayma gücü ve
kapsama alanı incelendi. Mevcut altyapıda anlık +- 40 db’lik sinyal değişimleri gözlemlendi ve bu değişimlerin konum
doğruluğunu azaltma ihtimaline karşın kısıtlı olan proje süresinde, beacon sensörleri kullanılarak konum servisi sağlama
yoluna gidildi. Konum belirleme yöntemi olarak ise Trileteration yöntemi seçildi. Yöntemin seçilmesindeki en büyük
etken yöntem ise ilgili algoritmanın hali hazırda proje ekibi içerisinde geliştirilmiş olmasıdır.
3.3. Sistem Tasarımı
İlk olarak mobil cihazlar beaconlardan yayılan sinyal değerlerini ve beaconlara ait olan UUID değerlerini toplar,
daha sonra toplanan değerler konum belirleme algoritmasında (trileteration) anlamlandırılıp konum verisi olarak konum
servisleri üzerinden mobil uygulamaya iletir. Ayrıca konum bilgileri veri tabanına da kaydedilir. Mobil uygulama ihtiyacı
olan harita bilgilerini de (ilgi noktası vb) veritabanından mobil web servisleri aracılığı ile alır. Eğer uygulama cache
süresini aşmış ise harita bilgileri, API metodları üzerinden aktarılmaktadır.
Şekil 4: İç Mekan Konum Servisi Tasarımı
3.4. Beaconların Hazırlanması ve Entegrasyonu
Mobil cihazların beaconlar ile iletişime geçtiğinde, konum belirlenmesi adına, beaconlara ait öznitelik bilgileri
önemlidir. Bu nedenle proje ekibince her beacon için spesifik olarak UUID (Universally Unique İdentifier) kodu, bina
bilgisinin ayırt edilebilmesi için Major kod atandı. Beaconlarda bağlantı olarak Bluetooth 5.0 protokol olarak iBeacon
tercih edildi.
Beacon seçiminin ardından binanın vaziyet planı üzerinden kat planları analiz edilerek, beaconların hangi sıklıkta
ve bina içerisinde hangi noktalara homojen dağıtılarak sisteme entegre edilmesi gerektiğine karar verildi. Beaconlar
yaklaşık olarak 5 ila 10 metre arasında değişen sıklıkla, katlarda bulunan 4 metre yükseklikteki tavanlara monte edildi.
Binada ortak kullanım alanlarını da kapsayacak şekilde 116 beacon yerleşimleri gerçekleştirildi.
Konum Tabanlı Hizmetler, Bluetooth Tabanlı İç Mekan Konumlandırma Hizmeti, Antalya İli Örneği
Şekil 5 : Beacon Konumlandırması
3.5. Mobil Uygulama
Görme ve işitme engelli bireyler için iki farklı işletim sisteminde çalışabilen (iOS, Android) erişilebilir bir iç
mekan navigasyon uygulaması geliştirildi. Uygulama, görme engelli bireylerin mobil uygulamayı kullanabilmesi için
teknik geliştirmeler ile işletim sistemlerinin ekran okuyucularına uyumlu hale getirildi. (iOS için VoiceOver, Android
için TalkBack). Uygulamanın temel olarak 2 fonksiyonu yerine getirmesi hedeflendi. Bu fonksiyonlar, engelli bireyi
seçtiği hedefe yönlendirmek ve etrafında olan yer bilgilerini seslendirmektir.
Şekil 6 : Uygulama Ekranları (Etrafımda Ne Var ? ve Navigasyon Fonksiyonu)
3.6. Mobil Uygulama Yönetim Paneli
Uygulama veri tabanında kayıtlı bulunan binanın vaziyet planı üzerinden elde edilen mekânsal bilgilerinin,
sürekli güncel tutulması ve kullanım raporlamalarının alınabilmesi ihtiyacına yönelik olarak yönetim paneli
geliştirilmiştir. Panel kullanıcıları ilgi noktası (poi.) oluşturma, değiştirme, silme gibi işlemleri harita üzerinden
yönetebilmektedir. Ayrıca uygulama üzerinden anonim olarak veri tabanına kaydedilen kullanıcı bilgilerinden elde edilen
sayısal analitik bilgileri de bu panel üzerinden görüntülenmesi amaçlanmıştır. Yönetim paneli, Asp.Net Framework ile
geliştirilmiştir.
Onur Eroğlu, Mehmet Doğan
Şekil 7: Yönetim Panel Ekranı
3.7 Erişilebilir İç Mekan Navigasyon Uygulamasının Çalışma Alanı Testleri
Erişilebilir İç Mekan navigasyon uygulaması 7 gün boyunca gönüllülerden bir araya gelen görme ve işitme
engelli bireyler tarafından test edilmiştir. Hedef kullanıcıların deneyimleri neticesindeki geri bildirimleri sonucunda
binanın özellikle yürüyen merdiven ve galeri boşluğu alanlarında konum doğruluğunun azaldığı ve yönlendirmeleri stabil
yapamadığı gözlemlendi. Yürüyen merdiven alanlarının metalik yüzey içermesinden sinyallerin multipath (yansıma)
etkisi gösterdiği, galeri boşluklarında ise boşluğa yakın olan beaconların interference (girişim) etkisi gösterdiği saptandı.
Bu alanlarda pratik çözümler sağlanarak beaconların yansıma ve girişim etkisi göstermeyecek şekilde farklı yeni
konumlara monte edilmesiyle bu tespitler giderildi.
Ayrıca bina dışından bina içerisine girinceye kadar ki kısımlardan olan üst geçit ve toplu ulaşım araçlarından
inilip binilen durak yerinden olmak kaydıyla görme engellilerin erişebilmesi için görme engelli yürüme yolu hissedilebilir
yüzey zemini sarı yer çizgileri montajları yapılarak eksiklik giderilmiştir.
Şekil 8: Çalışma Alanı ve Hissedilebilir Yüzey Zemini
Konum Tabanlı Hizmetler, Bluetooth Tabanlı İç Mekan Konumlandırma Hizmeti, Antalya İli Örneği
4. Sonuç
2018 yılının Mayıs ayında çalışma alanında devreye alınan erişilebilir iç mekân navigasyon uygulaması 2019
yılı Eylül sonu itibariyle yaklaşık hizmet kullanımı 1000 defa olacak şekilde görme ve işitme engelli bireye (tekil) hizmet
vermiştir. Kullanıcıların, uygulamayı yaklaşık 4 dakika kullandığı ve 5905 kez navigasyon yönlendirme hizmeti aldığı
raporlanmıştır. Bu zaman diliminde sistemin çalışabilirliğini etkileyen acil veya kritik olarak nitelendirilebilecek bir
problemle karşılaşılmamıştır. Beacon cihazlarının batarya kullanılmasından ötürü bakım ve onarım süreçleri yaklaşık 3
er aylık periyotlar ile yapılmaktadır. Projenin ilerleyen safhalarında konum servislerinin Wi-Fi tabanlı olarak çalışması
konusunda geliştirmeler hedeflenmektedir.
Bu uygulama ile çalışma alanında görme ve işitme engelli bireylerin asistan teknolojiler yardımıyla bağımsız
hareket edebilmeleri sağlanmış ve uygulanabilirliğinin test edilmesi sağlanmıştır. Kamu hizmet alanları tüm vatandaşların
ortak kullanım alanlarıdır. Çalışma alanında temel olarak işitme ve görme engelli grup hedef alınarak çözüm getirilmiş
olsa da gelecek yıllarda kamusal alanlarda iç mekân konumlandırma servisleri kullanılarak tüm vatandaşlara hizmet
verecek benzer uygulamaların hayata geçirilerek yaygınlaştırılmasına örnek teşkil edeceği düşünülmektedir.
5. Kaynaklar [1] Location Based Services on Mobile in India For IAMAI - Version: 14 April 2008
http://www.iamai.in/Upload/policy/LBS_Draft_Indicus
[2] Singhal, Manav & Shukla, A.. (2012). Implementation of Location based Services in Android using GPS and Web
Services. International Journal of Computer Science Issues. 9. 237-242.
[3] Haosheng Huang, Georg Gartner, Jukka M. Krisp, Martin Raubal & Nico Van de Weghe (2018) Location based services:
ongoing evolution and research agenda, Journal of Location Based Services, 12:2, 63-93, DOI:
10.1080/17489725.2018.1508763
[4] Dang-en ,X. Zhili,Z. “ A Local Bounding Box Method for Campus Navigation Based on Baidu Map” in 2015 Seventh
International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation.
[5] Haosheng Huang, Georg Gartner, Jukka M. Krisp, Martin Raubal & Nico Van de Weghe (2018) Location based services:
ongoing evolution and research agenda, Journal of Location Based Services, 12:2, 63-93, DOI:
10.1080/17489725.2018.1508763
[6] K.-J. Li, J. Lee, "Indoor spatial awareness initiative and standard for indoor spatial data", Proceedings of IROS 2010
Workshop on Standardization for Service Robot, vol. 18, 2010.
[7] F. Zafari, A. Gkelias and K. K. Leung, "A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies," in IEEE
Communications Surveys & Tutorials, vol. 21, no. 3, pp. 2568-2599, thirdquarter 2019,doi:
10.1109/COMST.2019.2911558
[8] Brás, L., Carvalho, N. B., Pinho, P., Kulas, L., & Nyka, K. (2012). A review of antennas for indoor positioning systems.
International Journal of Antennas and Propagation, 2012(Article ID 953269)
[9] Ali, M. U., Hur, S., & Park, Y. (2019). Wi-Fi-Based Effortless Indoor Positioning System Using IoT Sensors. Sensors
(Basel, Switzerland), 19(7), 1496. doi:10.3390/s19071496
[10-12] USTEBAY, S., GÜMÜŞ, E., AYDIN, M., & SERTBAŞ, A. (2017). İÇ MEKÂN KONUM TESPİTİNDE SİNYAL
HARİTASININ KÜÇÜLTÜLMESİ VE PERFORMANS ANALİZİ. Gazi ÜNiversitesi MüHendislik-MimarlıK FaküLtesi
Dergisi, 32(4). doi:http://dx.doi.org/10.17341/gummfd.20897
[11] Liu, H., Darabi, H., Banerjee, P., & Liu, J. (2007). Survey of wireless indoor positioning techniques and systems. IEEE
Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews), 37(6), 1067-1080.
[13] Sehto, Azhar. (2018). Beacon Based Indoor Positioning System. 10.13140/RG.2.2.17361.79200.
[14] Jeongyeup Paek, JeongGil Ko, and Hyungsik Shin, “A Measurement Study of BLE iBeacon and Geometric Adjustment
Scheme for Indoor Location-Based Mobile Applications,” Mobile Information Systems, vol. 2016, Article ID 8367638, 13
pages, 2016. https://doi.org/10.1155/2016/8367638.
[15] Shchekotov, M. (2014). Indoor Localization Method Based on Wi-Fi Trilateration Technique.
[16] Kang, J., Seo, J., & Won, Y. (2018). Ephemeral ID Beacon-Based Improved Indoor Positioning System. Symmetry, 10(11),
622. doi:10.3390/sym10110622
[17] Türkiye İstatistik Kurumu Nufüs ve Konut Araştırması Engellilik Araştırma Sonuçları 2011. Erişim Tarihi 27.09.2019.
Erişim Adresi: https://ailevecalisma.gov.tr/media/5677/nufus-ve-konut-arastirmasi-engellilik-arastirma-sonuclari.pdf
[18] Ferreira, C.M.S., Oliveira, R.A.R., Gambini, H.S. and Frery, A.C. 2013. Characterization of FHSS in Wireless Personal
Area Networks. 39–44.