Väitöstiedotteet - Tampereen teknillinen yliopisto

Algoritmilla on merkitystä vaativissa paikannusongelmissa

Diplomi-insinööri Henri Nurminen kehitti väitöstyössään tilastomatematiikkaan perustuvia laskenta-algoritmeja, joilla parannetaan erilaisten paikannusjärjestelmien tarkkuutta.

Paikannukseen liittyy algoritmikehittäjän kannalta haastavia ongelmia erityisesti sisätiloissa ja taajaan rakennetuissa kaupungeissa, joissa mittauksia on usein vähän ja niissä voi olla suuria virheitä. Henri Nurminen kehitti väitöskirjassaan uudenlaisia menetelmiä paikannusjärjestelmien parantamiseen.

Nurmisen kehittämät laskenta-algoritmit tarjoavat vaihtoehtoja perinteisille Gaussin todennäköisyysjakaumaan eli normaalijakaumaan perustuville laskenta-algoritmeille. Perinteiset menetelmät ovat matemaattisesti yksinkertaisia, mutta eivät Nurmisen mukaan tarjoa parasta mahdollista tarkkuutta vaativissa paikannustilanteissa.

– Monet käyttävät normaalijakaumaa tiedostamattaankin. Esimerkiksi mittausten keskiarvon laskeminen ja muut niin kutsutut pienimmän neliösumman menetelmät ovat optimaalisia arvioita suureesta nimenomaan silloin, kun mittauspoikkeamat ovat jakautuneet normaalijakauman mukaisesti, Nurminen selittää.

Paikannusteknologioina Nurminen käytti radiosignaalien kulkuaikoihin perustuvaa paikannusta ja kartta-avusteista sisätilapaikannusta. Kulkuaikamittauksia käytetään esimerkiksi satelliittipaikannuksessa. Ne ovat useimmiten erittäin tarkkoja, mutta este suoralla mittauslinjalla ja heijastuneen signaalin tulkitseminen mittaukseksi aiheuttavat ajoittain suuria mittausvirheitä. Tästä syystä esimerkiksi satelliittipaikannuksen tarkkuus on heikompi kaupungeissa kuin harvaan rakennetuilla alueilla.

– Normaalijakauma ei mallinna näitä suuria virheitä vaan olettaa, että mittauspoikkeamat ovat ”nipussa” nollan ympäristössä. Siksi edistyneemmällä tilastollisella mallinnuksella voidaan parantaa paikannustarkkuutta huomattavasti, Nurminen kertoo.

Sisätilapaikannuksessa pohjapiirrosta voidaan käyttää karttamittauksena. Karttamittaukset helpottavat erityisesti käyttäjän sijaintihuoneen määritystä, mikä parantaa sisätilapaikannuksen käyttäjäkokemusta. Laajamittainen sisätilapaikannus vaatii erilaisten mittausten yhdistämistä, koska vaadittu tarkkuus on usein suuri ja satelliittisignaalit eivät juuri yllä sisätiloihin.

– Paikannuksessa käytettyjä mittausteknologioita ei myöskään aina ole alun perin suunniteltu paikannukseen. Esimerkkeinä tällaisista ovat langattomien tietoliikenneverkkojen signaalit tai matkapuhelimen sensorit.

Henri Nurminen teki väitöstyönsä TTY:n paikannusalgoritmien tutkimusryhmässä TTY:n tutkijakoulun tohtorikoulutettavana.

– TTY:n tutkijakoulu mahdollisti keskittymisen akateemiseen tutkimukseen neljäksi vuodeksi. Koen erittäin arvokkaiksi esimerkiksi tutkijavierailuni Linköpingin ja Cambridgen yliopistoihin, Nurminen kertoo.

Väitöstilaisuus perjantaina 24.11.2017

Diplomi-insinööri Henri Nurmisen automaatio- ja systeemitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Estimation Algorithms for Non-Gaussian State-Space Models with Application to Positioning (Epägaussisten tila-avaruusmallien estimointimenetelmiä paikannussovelluksiin) tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) teknisten tieteiden tiedekunnassa perjantaina 24.11.2017 kello 12.00 alkaen Festian Pienessä Salissa 1 (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Simon Maskell (Liverpoolin yliopisto, Iso-Britannia). Tilaisuutta valvoo professori Robert Piché TTY:n automaation ja hydrauliikan laboratoriosta.

Henri Nurminen (29) on kotoisin Sastamalan Vammalasta ja työskentelee HERE Technologies -yrityksessä.

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-4029-5.

Lisätietoja: Henri Nurminen, puh. 040 027 9790,

Uutisen jättäjä: Sanna Kähkönen
Asiasanat: tiede ja tutkimus, automaatio ja hydrauliikka