Intelligente Sensor-Aktor-Systeme (ISAS)

Lokalisierung mobiler Agenten

  • Typ: Vorlesung (V)
  • Semester: SS 2020
  • Zeit:

    Vorlesung (Dienstag 14:00-15:30 Uhr, Startdatum 21.04.2020):

    Raum -102, 50.34, INFORMATIK, Kollegiengebäude am Fasanengarten

    Übung (Montag 14:00-15:30 Uhr, Startdatum 27.04.2020):

    Raum -101, 50.34, INFORMATIK, Kollegiengebäude am Fasanengarten

    Die genaue Termine siehe unten.

  • Dozent: Dr.-Ing. Benjamin Noack
    Kailai Li
  • SWS: 3
  • LVNr.: 24613
Bemerkungen

In diesem Modul wird eine systematische Einführung in das Gebiet der Lokalisierungsverfahren gegeben. Zum erleichterten Einstieg gliedert sich das Modul in vier zentrale Themengebiete. Die Koppelnavigation behandelt die schritthaltende Positionsbestimmung eines Fahrzeugs aus dynamischen Parametern wie etwa Geschwindigkeit oder Lenkwinkel. Die Lokalisierung unter Zuhilfenahme von Messungen zu bekannten Landmarken ist Bestandteil der statischen Lokalisierung. Neben geschlossenen Lösungen für spezielle Messungen (Distanzen und Winkel) wird auch die Methode kleinster Quadrate zur Fusionierung beliebiger Messungen eingeführt. Die dynamische Lokalisierung behandelt die Kombination von Koppelnavigation und statischer Lokalisierung. Zentraler Bestandteil ist hier die Herleitung des Kalman-Filters, das in zahlreichen praktischen Anwendungen erfolgreich eingesetzt wird. Den Abschluss bildet die simultane Lokalisierung und Kartografierung (SLAM), welche eine Lokalisierung auch bei teilweise unbekannter Landmarkenlage gestattet.

Voraussetzungen

Empfehlungen:

Grundlegende Kenntnisse der linearen Algebra und Stochastik sind hilfreich.

Beschreibung

Die Lokalisierung oder Ortung von Personen und Objekten wie Fahrzeugen, mobilen Robotern und Flugkörpern, aber auch medizinischen Instrumenten und tragbaren Computern ist aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Neben der inkrementellen Lokalisierung, der sogenannten Koppelnavigation, wird eine Lokalisierung durch Referenzierung anhand sogenannter Landmarken in der Umgebung durchgeführt. Häufig ist die Lage dieser Landmarken nicht von vornherein bekannt, so dass zusätzlich eine Kartografierung durchgeführt werden muss.

In dieser Vorlesung wird eine systematische Einführung in das Gebiet der Lokalisierungsverfahren gegeben. Dabei werden sowohl das Verständnis für die Aufgabenstellung, konkrete Lösungsverfahren und der erforderliche mathematische Hintergrund vermittelt. Zahlreiche Anwendungsbeispiele dienen sowohl der Vertiefung der theoretischen Grundlagen als auch dem Vergleich der Stärken und Schwächen der vorgestellten Verfahren.

Literaturhinweise

Grundlegende Kenntnisse der linearen Algebra und Stochastik sind hilfreich.

Lehrinhalt

In diesem Modul wird eine systematische Einführung in das Gebiet der Lokalisierungsverfahren gegeben. Zum erleichterten Einstieg gliedert sich das Modul in vier zentrale Themengebiete. Die Koppelnavigation behandelt die schritthaltende Positionsbestimmung eines Fahrzeugs aus dynamischen Parametern wie etwa Geschwindigkeit oder Lenkwinkel. Die Lokalisierung unter Zuhilfenahme von Messungen zu bekannten Landmarken ist Bestandteil der statischen Lokalisierung. Neben geschlossenen Lösungen für spezielle Messungen (Distanzen und Winkel) wird auch die Methode kleinster Quadrate zur Fusionierung beliebiger Messungen eingeführt. Die dynamische Lokalisierung behandelt die Kombination von Koppelnavigation und statischer Lokalisierung. Zentraler Bestandteil ist hier die Herleitung des Kalman-Filters, das in zahlreichen praktischen Anwendungen erfolgreich eingesetzt wird. Den Abschluss bildet die simultane Lokalisierung und Kartografierung (SLAM), welche eine Lokalisierung auch bei teilweise unbekannter Landmarkenlage gestattet.

Anmerkung

11 Robotik und Automation
12 Anthropomatik und Kognitive Systeme

Arbeitsbelastung

Der Arbeitsaufwand beträgt ca. 180 Stunden.

Ziel
  • Die/der Studierende versteht die Aufgabenstellung, konkrete Lösungsverfahren und den erforderlichen mathematischen Hintergrund.
  • Zusätzlich kennt die/der Studierende die theoretischen Grundlagen, die Unterscheidung der vier wesentlichen Lokalisierungsarten sowie die Stärken und Schwächen der vorgestellten Lokalisierungsverfahren. Hierzu werden zahlreiche Anwendungsbeispiele betrachtet.
Prüfung

Die Erfolgskontrolle wird in der Modulbeschreibung erläutert.

Aktuelles / Onlinelehre

Im Sommersemester 2020 wird die Vorlesung Lokalisierung mobiler Agenten in folgender Form durchgeführt:

Vorlesung Die Vorlesung wird in Form von Lehrvideos durchgeführt, die dienstags bereitgestellt werden.
Übung Die Übungen werden montags mit Hilfe des Videokonferenzsystems Zoom durchgeführt.
Sprechstunden Eine Diskussionsplattform sowie Sprechstunden werden mit Hilfe von MS Teams eingerichtet.

 

 

Termine

Woche

Montag (14:00-15:30)

Dienstag (14:00-15:30)

KW 17: 20.04.2020 - 26.04.2020   Vorlesung (21.04.)
KW 18: 27.04.2020 - 03.05.2020 Übung (27.04.) Vorlesung (28.04.)
KW 19: 04.05.2020 - 10.05.2020 Übung (04.05.) Vorlesung (05.05.)
KW 20: 11.05.2020 - 17.05.2020 Übung (11.05.) Vorlesung (12.05.)
KW 21: 18.05.2020 - 24.05.2020 Übung (18.05.) Vorlesung (19.05.)
KW 22: 25.05.2020 - 31.05.2020 Übung (25.05.)

Vorlesung (26.05.)

KW 23: 01.06.2020 - 07.06.2020 Feiertag Vorlesung (02.06.)
KW 24: 08.06.2020 - 14.06.2020 Übung (08.06.) Vorlesung (09.06.)
KW 25: 15.06.2020 - 21.06.2020 Übung (15.06.) Vorlesung (16.06.)
KW 26: 22.06.2020 - 28.06.2020   Vorlesung (23.06.)
KW 27: 29.06.2020 - 05.07.2020 Übung (29.06.) Vorlesung (30.06.)
KW 28: 06.07.2020 - 12.07.2020 Übung (06.07.) Vorlesung (07.07.)
KW 29: 13.07.2020 - 19.07.2020 Übung (13.07.) Vorlesung (14.07.)
KW 30: 20.07.2020 - 26.07.2020 Übung (20.07.) Vorlesung (21.07.)