Avståndsmätning med ljud (ej ultra-) och vanlig smartphone

[Lotsare]

Ett ultraljudssystem (fast utan ultra-) som vem som helst kan ladda hem som en app! Inget som man vill lyssna på jämt och ständigt, men för att lösa en tillfällig uppgift. Så här tänker jag mig ett sånt här system för positionsbestämning, finns det någon show stopper som jag inte tänkt på ännu?

- Minst tre telefoner placeras i rummets hörn och kör appen i rollen som sändare. De "sänder" unika ljudsignaler och noterar den exakta sändningstidpunkten för varje signal.

- En eller godtyckligt många telefoner kör appen i lyssningsläge och registrerar tidpunkterna när olika ljudsignaler mottagningstidpunkt med dess sändningstidpunkt.

- Alla appar kommunicerar via blåtand eller nätverk med varandra och jämför signalernas sändnings- och mottagningstidpunkter med varandra. Tidsskillnaden multipliceras med ljudets fart, 300 meter per sekund, för att ge alla lyssnares avstånd från alla sändare, och därmed deras position.

Jag tror att man kan få millisekundprecision, med native c++ i Android om så krävs. All annan funktionalitet i telefonerna stängs ned medan systemet körs, om så behövs för realtidsliknande programmering. Med många täta signaler och en utprövad sanity check kan enstaka feltajmingar sållas bort. Med 1 millisekunds precision får man en precision på 30 centimeter. Och det tycker jag är en pessimistisk uppskattning, det kan blir 10 eller 100 gånger bättre tajmingprecision om man uppnår bättre grad av realtidsprogrammering. Ljud används ju för avståndsmätning just därför att ljudvågor är en miljon gånger långsammare än radiovågor. Ambitionen för räckvidden och miljön är i stil med ett rum eller en villagräsmatta. Och att det väsnas ser jag inte att man kommer undan.


Hoppas det låter som en spännande idé! Vad har ni för tips om liknande system och vad ser ni för problem och möjligheter? Funkar ultraljudssystem idag som jag beskriver, eller sänder de likt GPS-systemet ljudsignaler som kodar för tidpunkten de sändes? Eller används särskilda mottagare som på en mer fysisk nivå registrerar fasförskjutningar i våglängder eller nåt?

[Nerre]

Tekniken skulle säkert fungera, men min fråga blir ju: Vad i hela fridens namn ska folk använda det till??

Generellt brukar man ju säga att en innovation måste lösa ett problem för att vara intressant.

[Lotsare]

Tillämpningar för allmänheten är svåra att sia om. Positionsbestämning är en marknad som nästan inte finns ännu, men så var det en gång med många marknader som finns idag. Lösningar och behov utvecklas båda två parallellt, ofta utan kännedom om varandra. Eftersom det inte finns vettiga system idag, så tänker ingen tanken på hur de hade kunnat användas om de hade funnits. Men vips har alla hela tiden med sig en smartphone och det har blivit möjligt! Ett spontant förslag är att den automatiska gräsklipparen eller dammsugaren vet var den är när den jobbar ensam hemma. Man kanske kan använda sitt existerande surround sound system som ljudsändare om appen styr det.

Jag tänker även på mer industriella tillämpningar där idag väldigt mycket dyrare och manuellt mer omständliga metoder används, som på byggarbetsplatser eller vid installationer. Laser för avståndsmätning är en pina. Och t.ex. att truckar och kranar automatiskt stannar om någon människa (som bär på positioneringfunktionalitet) kommer inom säkerhetsavståndet. Där är bullret ändå sånt att en ton inte stör nämvärt.

Kanske kan man använda så kortvariga ljudsignaler att de därför inte stör människor? Kan man uppfatta ett ljud som bara varar en millisekund en gång var femte sekund?

[Lennart Aspenryd]

Visst är det intressant med positionsbestämning.
Nysta på bara, jag vill veta exakt var i rummet en liten pryl befinner sig

[Icecap]

Jag förstår principen och jag kan tänka mig att det kan vara användbart - att jag inte ser något vidare användningsområde är väl mitt fel...

Men jag är ganska tveksam till tiderna! Dels kommer det et antal trådlösa länkar in och i min erfarenhet betyder det "tveksam latency". Redan där kan mätningarna skrida ordentligt.

Sedan finns det studsande signaler som kan bli alldeles jävliga att sortera bort. En möjlighet är att ljudpulsen har en svepande frekvens vilket man bör kunde sortera ut.

[JimmyAndersson]

Lotsare:
Jag blir lite förvirrad. I rubriken står det "avståndsmätning" men du beskriver mest "positionsbestämning".


"Laser för avståndsmätning är en pina."

På vilket sätt?
Man tar upp apparaten ur fickan och ställer den där man vill mäta.
*Ett* tryck på *en* knapp och så står avståndet i klartext. (De flesta mäter upp till 200 meter med 1mm noggrannhet.)
Det är även vanligt att de automatiskt kan räkna ut pythagoras sats och rita upp areor,
överföra data och bilder till en dator eller mobil, osv.



"Och t.ex. att truckar och kranar automatiskt stannar om någon människa (som bär på positioneringfunktionalitet) kommer inom säkerhetsavståndet. Där är bullret ändå sånt att en ton inte stör nämvärt."

Men då lär inte mobilen kunna uppfatta en 1ms kort puls...


Missförstå mig inte: Jag gillar din idé väldigt mycket, men den är inte helt lätt att lyckas med.

[Nerre]

Ett spontant förslag är att den automatiska gräsklipparen eller dammsugaren vet var den är när den jobbar ensam hemma. Man kanske kan använda sitt existerande surround sound system som ljudsändare om appen styr det.

Sitt existerande surround-system ute i trädgården för att gräsklipparen ska kunna navigera?

Det slår mig nu att jag har läst nåt om ultraljudspositionering och jag vill minnas att ett relativt stort problem är att ljud studsar på omgivningen. Om du hör pulsen efter 10 ms så vet du inte om du befinner dig 10 ms från högtalaren eller den befinner sig runt hörnet och ljudet har studsat.

[Lotsare]

Måste alla här presentera affärsplaner för venture capitalists för att få vädra sina hobbyidéer???

Jag förstår principen och jag kan tänka mig att det kan vara användbart - att jag inte ser något vidare användningsområde är väl mitt fel...

Ingen av oss behöver se det. Jag nappade tyvärr på första trollet som ställde den frågan. Samma troll har hudnratals trådar som denne kan utmana på exakt samma sätt:
"HUR ÄR DET DÄR ANVÄNDBART DÅRÅ!!!???"
Så jag ignorerar härifrån alla slags kommentarer som på något minsta sätt relaterar till frågan om användbarhet.. De som undrar om sånt har fritt fram att skriva kommentarer om sakenpå di.se istället.

[Lotsare]

Men jag är ganska tveksam till tiderna! Dels kommer det et antal trådlösa länkar in och i min erfarenhet betyder det "tveksam latency". Redan där kan mätningarna skrida ordentligt.

Sändaren kan mycket exakt fastställa när den ljuder ton7.
Sändaren lagrar denna information och sänder kanske några sekunder senare den vidare via wifi eller GSM denna information om när ton7 ljudes, till alla andra appar som vill veta det. När en lyssnande app hör ljudet så vet den därmed INTE var den är. Den måste vänta till den fått digital information från sändaren om när denne genererade sitt ljudade. Lyssnaren bara registrerar när den hör vilka ljudsignaler. Sen får den digital data om vilken signal som sändes av vilken ljudare när. Och pusslar ihop det hela till sin position.

Sedan finns det studsande signaler som kan bli alldeles jävliga att sortera bort. En möjlighet är att ljudpulsen har en svepande frekvens vilket man bör kunde sortera ut.

Jo, men det är ju detsamma med ultraljud idag. Jag bara tar bort "ultra-" och löser uppgiften lika effektivt som ultraljudet gör idag. Om du påstår att ultaljud omöjligen kan fungera, så har du någon miljon dagliga användare att argumentera emot, tror jag.

[Lotsare]

Lotsare:
Jag blir lite förvirrad. I rubriken står det "avståndsmätning" men du beskriver mest "positionsbestämning".

Avståndsmätning till minst tre punkter är samma sak som positionsbestämning.

"Laser för avståndsmätning är en pina."

På vilket sätt?
Man tar upp apparaten ur fickan och ställer den där man vill mäta.

Pinan består av att dokumentera mellan vilka punkter man mäter. Var är din hand när den håller i laserapparaten? Var är punkten på väggen som du mäter emot? Måste du flytta undan möbler för att möjliggöra lasermätningen mot väggytor på byggnadsritningen? Och hur mäter du avstånd på en gräsmatta där det inte finns distinkta reflektionsytor? And on and on med praktiska problem.

Och det är decimeterprecision jag pratar om här, inte millimeterarkeologi. Att vemsomhelst närsomhelst kan ladda ned en app som motsvarar en lokaliserande ultraljudsutrustning. Ännu en grej som smartphonen tar över. Och om 10 år är de 30 gånger bättre så angående alla begränsningar de har idag säger jag bara: "BÖÖHH"

Men då lär inte mobilen kunna uppfatta en 1ms kort puls...

Varför inte då? Jag vet inte, men jag tycker inte det verkar omöjigt. Ljudanalys är så extremt mycket mindre dataintensivt än vad grafikanalys är, så det borde kunna gå snabbt som blixten. Jag har inte utvecklat mjukvaran ännu och må komma på andra tankar. Men det är väl inte svårare än att man skapar en ljudfil som man börjar "spela" vid exakt tidpunkt. Repsektive att man spelar in ljudfiler vars tidsprofil man läser av. Man kan t.ex. koordinera signalerandet som så att ljud sänds bara en tiondels sekund var femte sekund. Så att ljudare och lyssnare kan fokusera på det bara då och i övrigt fungera normalt. Positioneringen handlar om tusendelarnas förskjutning i tid av topparna i ljudfilerna.

[Johanb]

Jag gillar sånt här, allting måste inte vara användbart/säljbart/vettigt, ibland vill man kanske göra något för att man vill.
Jag har en del projekt som är totalt värdelösa som ting men som har gett mig massor av underhållning, kunskap och tillfredsställelse vid utveckling/byggande.

En kanske onödigt bökig metod skulle kunna vara som följer:
1. Alla enheter spelar in ljud till fil
2. Mobila enheten skickar ett ping som spelas in av alla och som triggar en fyr som svarar
3. I mobila enhetens ljudfil kommer nu ha en förändring av vågformen vid ping och vid svar
4. I fyrens ljudfil kan man se fyrens fördröjning från mottagning till till svar

Fyrarna frågas i tur och ordning, eventuellt samordnat med BT eller WiFi.
Om detta är genomförbart med mobiltelefoner låter jag vara osagt

[JimmyAndersson]

Lotsare:
"Var är din hand när den håller i laserapparaten?"

Den är på den punkten som jag vill mäta ifrån.


"Var är punkten på väggen som du mäter emot?"

På väggen som jag mäter emot.


Svaren skulle vara samma sak med 1st smartphone.

Med 3st mätningar (och lika många knapptryckningar) med en laserapparat
så får jag samma resultat som med 3st smartphones.
Dvs en relativ positionsangivelse mellan de tre enheterna.
För att få en absolut positionsangivelse behövs någon "fast" referens, t.ex GPS.



"Måste du flytta undan möbler för att möjliggöra lasermätningen mot väggytor på byggnadsritningen?"

Nej. Lyckligtvis inte.
För jag använder laseravståndsmätare för ljudinstallationer (t.ex studiobyggen)
och på teater, för att få exakt samma avstånd till t.ex dekor och belysning.
Det måste gå fort och smidigt och det finns inga möjligheter att börja flytta grejer.
(Jag jobbar som ljudtekniker, akustik-tomte, allt möjligt på teater, ljud-konsult, mm.)



"Och hur mäter du avstånd på en gräsmatta där det inte finns distinkta reflektionsytor?"

På samma sätt som jag mäter mot distinkta reflektionsytor.
Det har nämligen ingen betydelse om ytan är blank eller inte.
På teatern studsar vi mot svarta tyger, järnstänger med damm och tejp, matta väggar, osv.
Den lysande pricken från lasern gör att man vet vad man mäter avstånd mot, till skillnad från (ultra)ljud.
Se här: http://www.proffsmagasinet.se/bra-att-v ... andsmatare



"And on and on med praktiska problem."

Alla har förstås olika åsikter, men personligen tycker jag inte att du har nämnt ett enda praktiskt problem.
Förresten: Vilken laseravståndsmätare har du provat? Vad har du använt den till?




Jag skrev "Men då lär inte mobilen kunna uppfatta en 1ms kort puls..."
och fick då som svar:

"Varför inte då? Jag vet inte, men jag tycker inte det verkar omöjigt."


För det första så kommer bullret att överrösta den lilla pulsen.
(På ett diagram (eller frekvenskarta) så skulle pulsen vara en mycket smal topp.
Bullret skulle bestå av mycket tätt sammanpackade sådana toppar. Försök att skilja dem åt.....)

För det andra så har smartphones hårdvaru-filter vid både uppspelning och inspelning av ljud,
vilket innebär att så här korta pulser knappt har någon energi ens i ett tyst rum.
Det kan vara hörbart (beror lite på modeller), men knappt möjligt att studsa mot något.
Dessutom är fyrkantvåg (som pulser egentligen är) en väldigt opraktiskt vågform för högtalare och mikrofoner.
Speciellt med de enkla modeller som sitter i telefoner.
De är inte direkt gjorda för att klara snabba transientsvar, vilket är ett måste i det här sammanhanget.





Men visst, du kan ju förstås testa. Det är oftast roligare när man märker resultaten själv.




En grej bara, som ingen svarat på:

"Funkar ultraljudssystem idag som jag beskriver, eller sänder de likt GPS-systemet ljudsignaler som kodar för tidpunkten de sändes?"

Ultraljudsystem verkar vara på utgående. De senaste 5 åren har jag bara sett laser-avståndsmätare.
Fördelen är att man ser vad man studsar mot, så man slipper osäkerheten och fladdret på displayen.
Priserna verkar också på väg ner och de får fler och fler funktioner.

Däremot används ultraljud ofta för att indikera när något kommer för nära.
Men där blir kameror allt vanligare, så vem vet vad som händer.

[Lotsare]

Det avgörande problemet som utesluter lasermätare är att de inte är inbyggda i telefoner som ALLA människor hela tiden bär med sig. Lasermätare är inte enkelt programmerbara och ständigt uppkopplade till resten av verkligheten. Det som inte finns i en smartphone är hopplöst otympligt oanvändbart.

[zealotry]

Två kompisar gjorde xjobb där dom med 2 högtalare detekterade en vinkel till ljudkällan. Dom körde allt genom FPGAer.. Tanken var att en robot skulle kunna vrida sig mot en person som pratar med den.

Själv har jag spånat lite på att använda liknande metoder för att tex en robotdammsugare ska kunna hitta tillbaka till sin basstation. I det fallet gör det kanske inte så mkt att ljud studsar, kör roboten en liten omväg till punkten där det studsade så får den ju då veta den riktiga källan..

Spontant tänker jag att det vore en rolig app att skriva, mobiltelefoner är ju billiga idag och om det gick att få till en hyfsad positionsbestämning inomhus så vore ju det riktigt häftigt!

[JimmyAndersson]

Lotsare:
"Det avgörande problemet som utesluter lasermätare är att de inte är inbyggda i telefoner som ALLA människor hela tiden bär med sig."

Hmm.. men tidigare skrev du ju:
"Så jag ignorerar härifrån alla slags kommentarer som på något minsta sätt relaterar till frågan om användbarhet."

Det gör det lite svårt att diskutera iochmed att du själv gör reklam för användbarheten...
Men nu är ju det här ett *forum* så därför väljer jag att bemöta en sak, när det gäller användbarhet:


"Det som inte finns i en smartphone är hopplöst otympligt oanvändbart."

Som din app då alltså?




Jag lämnar tråden nu. Lycka till.