Ressourceneffiziente KI für IoT Anwendungen

Moderne IoT Anwendungen greifen häufig auf Sensoren zurück, die auf Mikrocontrollern laufen und über Netzwerkprotokolle wie LoRaWAN oder Bluetooth Low Energy kommunizieren. Damit die Sensoren über eine längere Zeit autark betrieben werden können, muss der Ressourcenbedarf der Anwendungen minimiert werden.

Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie weit Ressourcen wie Rechnenleistung, Kameraauflösung, Datenübertragung minimiert werden können, um dennoch bestimmte Aufgaben wahrnehmen zu können. Es werden ressourceneffiziente KI-Modelle mit Sensoren (Kameras, Abstandssensoren, Vibrationssensoren) implementiert und in verschiedenen Anwendungsszenarien getestet.

Kartenlesekompetenz systematisch trainieren

Die Fähigkeit, sich zu orientieren und Karten zu lesen, ist zentral, um sich in einer unbekannten Umgebungen zurechtzufinden. Menschen besitzen unterschiedlich ausgeprägte Fähigkeiten, sich mit Karten zu orientieren. Während es zahlreiche Navigationssysteme gibt, die uns helfen, unseren Weg zu finden, wurde bisher nur sehr wenig Anstrengung unternommen, um GI-Technologien zur Förderung der Orientierungs- und Kartenlesefähigkeiten einzusetzen und die individuellen Unterschiede zu überwinden.

GeoGami ist ein ortsbezogenes Spiel, das digitale Karten nutzt, um systematisch die Kompetenz des Kartenlesens zu vermitteln. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie Trainings zur Förderung der Kartenlesekompetenz von Menschen mit digitalen Karten gestaltet werden können. Wie lassen sich Trainings für spezifische Teilkompetenzen des Kartenlesens wie Selbstlokalisierung, Kartenorientierung oder Objekterkennung gestalten? Wie können virtuelle Umgebungen so gestaltet werden, dass sie eine optimale Umgebung für das systematische Testen der Kompetenz des Kartenlesens bieten?

Ebenso wie die technische Entwicklung und die datengestützte Analyse ist im Rahmen einer Abschlussarbeit die Entwicklung von Bildungsmaterialien für den Einsatz in der Schule denkbar.

Räumliches Bewegungsverhalten

Jeden Tag bewegen wir uns durch Raum und Zeit. Um entferntere Ziele zu erreichen, nutzen wir Karten in Navigationssystemen. Aber auch in unserer direkten Umgebung – beispielsweise beim Museumsbesuch – navigieren wir zielgerichtet entlang bestimmter Wege. Im Rahmen der Bachelorarbeit wird untersucht, wie mittels Technologie das räumliche Bewegungsverhalten von Menschen beobachtet und interpretiert werden kann. Tiefenbildkameras wie die Kinect können innerhalb von Gebäuden wertvolle Informationen über menschliche Interaktionen liefern. Im Freien kann GPS durch Informationen zur Blickrichtung und zur Umgebung ergänzt werden und so eine tiefergehende Interpretation ermöglichen. Durch Virtual Environments kann die Umgebung systematisch verändert werden und der Einfluss der Umgebung auf das Wegfindungsverhalten untersucht werden.

Eine Bachelorarbeit kann die oben genannten Fragen aus einer technischen Perspektive (z.B. Entwicklung eines Systems zur Erfassung relevanter Bewegungsinformationen), aus einer Datenperspektive (z.B. Interpretation von Bewegungsdaten, die durch technologiegestützte Beobachtung erfasst wurden) oder aus einer experimentellen Perspektive (z.B. Untersuchung von Wegfindungsstrategien und Bewegungsverhalten in selbst programmierten virtuellen Umgebungen in Unity) untersuchen.

Visualisierung von raum-zeitlichen SensorDaten auf der openSenseMap

Die openSenseMap ist eine Plattform für Umweltsensordaten von Messstationen jeglicher Art. Zur Zeit werden nur Rohdaten von senseBoxen gespeichert und die Daten können sich nur pro senseBox angezeigt werden lassen. Zudem gibt es die Möglichkeit sich die gesammelten Daten für einen Zeitpunkt interpoliert darstellen zu lassen.

Ziel einer Bachelorarbeit ist es, eine Datenvisualisierung für verschiedene Aspekte auf dem openSenseMap Portal zu entwickeln. Diese kann z.B. zum Ziel haben, Daten mehrer senseBoxen und Sensoren mit statistischen Methoden zu vergleichen oder externe Datenquellen, wie zB. vom DWD, zum Vergleich einzubinden. Auch die interaktive Darstellung, in der verschiedene Umweltphänomene aggregiert dargestellt werden, würde neue Möglichkeiten schaffen, die Daten zu erkunden. Eine Bacheloarbeit kann auch die Visualisierung mobiler Sensoren in den Fokus der Arbeit stellen. Es werden verschiedene Visualisierungen mit neusten Webtechnologien generiert und mit einer Nutzerstudie evaluiert. 

Kollaborative GeoGames in virtueller Realität

GeoGami ist ein ortsbasiertes Spiel zur Förderung des räumlichen Orientierungsfähigkeit: Der Spieler muss mehrere Navigationsaufgaben zu verschiedenen Orten lösen und an diesen Orten Fragen beantworten. Derzeit wird GeoGami primär einzeln gespielt. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird GeoGami als Multiplayer-Version erweitert, bei der die Spieler gegeneinander antreten oder zusammenarbeiten können, um die Aufgaben zu lösen.

Nach der konzeptionellen Entwicklung verschiedener kollaborativer oder kompetitiver Spielformate, werden Spiele in GeoGami implementiert und evaluiert. Hier steht die virtuelle Welt in Unity sowie kollaborative Spiel

Mehr Informationen zu GeoGami finden Sie auf unserer Projektwebsite https://geogami.ifgi.de/ und auf github. Erfahrung mit Android-Programmierung und Interesse an ortsbezogenen Spielen sind von Vorteil.