A Low Cost UWB Based Solution for Direct Georeferencing UAV Photogrammetry

Thanks to their flexibility and availability at reduced costs, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have been recently used on a wide range of applications and conditions. Among these, they can play an important role in monitoring critical events (e.g., disaster monitoring) when the presence of humans close to the scene shall be avoided for safety reasons, in precision farming and surveying. Despite the very large number of possible applications, their usage is mainly limited by the availability of the Global Navigation Satellite System (GNSS) in the considered environment: indeed, GNSS is of fundamental importance in order to reduce positioning error derived by the drift of (low-cost) Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) internal sensors. In order to make the usage of UAVs possible even in critical environments (when GNSS is not available or not reliable, e.g., close to mountains or in city centers, close to high buildings), this paper considers the use of a low cost Ultra Wide-Band (UWB) system as the positioning method. Furthermore, assuming the use of a calibrated camera, UWB positioning is exploited to achieve metric reconstruction on a local coordinate system. Once the georeferenced position of at least three points (e.g., positions of three UWB devices) is known, then georeferencing can be obtained, as well. The proposed approach is validated on a specific case study, the reconstruction of the façade of a university building. Average error on 90 check points distributed over the building façade, obtained by georeferencing by means of the georeferenced positions of four UWB devices at fixed positions, is 0.29 m. For comparison, the average error obtained by using four ground control points is 0.18 m

Integração de localização baseada em movimento na aplicação móvel EduPARK

More and more, mobile applications require precise localization solutions in a variety of environments. Although GPS is widely used as localization solution, it may present some accuracy problems in special conditions such as unfavorable weather or spaces with multiple obstructions such as public parks. For these scenarios, alternative solutions to GPS are of extreme relevance and are widely studied recently. This dissertation studies the case of EduPARK application, which is an augmented reality application that is implemented in the Infante D. Pedro park in Aveiro. Due to the poor accuracy of GPS in this park, the implementation of positioning and marker-less augmented reality functionalities presents difficulties. Existing relevant systems are analyzed, and an architecture based on pedestrian dead reckoning is proposed. The corresponding implementation is presented, which consists of a positioning solution using the sensors available in the smartphones, a step detection algorithm, a distance traveled estimator, an orientation estimator and a position estimator. For the validation of this solution, functionalities were implemented in the EduPARK application for testing purposes and usability tests performed. The results obtained show that the proposed solution can be an alternative to provide accurate positioning within the Infante D. Pedro park, thus enabling the implementation of functionalities of geocaching and marker-less augmented reality.Cada vez mais, as aplicações móveis requerem soluções de localização precisa nos mais variados ambientes. Apesar de o GPS ser amplamente usado como solução para localização, pode apresentar alguns problemas de precisão em condições especiais, como mau tempo, ou espaços com várias obstruções, como parques públicos. Para estes casos, soluções alternativas ao GPS são de extrema relevância e veem sendo desenvolvidas. A presente dissertação estuda o caso do projeto EduPARK, que é uma aplicação móvel de realidade aumentada para o parque Infante D. Pedro em Aveiro. Devido à fraca precisão do GPS nesse parque, a implementação de funcionalidades baseadas no posionamento e de realidade aumentada sem marcadores apresenta dificuldades. São analisados sistemas relevantes existentes e é proposta uma arquitetura baseada em localização de pedestres. Em seguida é apresentada a correspondente implementação, que consiste numa solução de posicionamento usando os sensores disponiveis nos smartphones, um algoritmo de deteção de passos, um estimador de distância percorrida, um estimador de orientação e um estimador de posicionamento. Para a validação desta solução, foram implementadas funcionalidades na aplicação EduPARK para fins de teste, e realizados testes com utilizadores e testes de usabilidade. Os resultados obtidos demostram que a solução proposta pode ser uma alternativa para a localização no interior do parque Infante D. Pedro, viabilizando desta forma a implementação de funcionalidades baseadas no posicionamento e de realidade aumenta sem marcadores.EduPARK é um projeto financiado por Fundos FEDER através do Programa Operacional Competitividade e Internacionalização - COMPETE 2020 e por Fundos Nacionais através da FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do projeto POCI-01-0145-FEDER-016542.Mestrado em Engenharia Informátic