Bachelor's Thesis

Implementation of RToF Localization for a New Generation of Indoor GPS

Final Thesis 7.88 MB Appendix 3.25 MB

Author of thesis: Martin Smetana

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Aleš Povalač, Ph.D.

Reviewer: Ing. Radovan Juráň

Abstract:

This thesis focuses on indoor localization using Ultra-Wideband (UWB) technology with emphasis on the Reconstructed Time of Flight (RToF) method. Furthermore, the thesis introduces the RToF localization approach and discusses its advantages compared to commonly used methods such as Time Difference of Arrival (TDoA).The main objective of the thesis is the design and implementation of a localization algorithm based on RToF using real data obtained from the Sewio RTLS infrastructure. The proposed solution is experimentally evaluated using real measurements in both static and dynamic scenarios, with focus on localization accuracy, stability and scalability.

Keywords:

UWB, RTOF, SEWIO, Localization

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy vedoucího a oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise. Student se vyjadřuje k posudku oponenta v tom smyslu, že AI používal pouze na stylistiku a gramatické opravy. Prof. Raida se ptal na seznam zkratek a symbolů, student ho nemá uvedený v práci. Další dotaz je na přesnost, student si není jistý délkou impulzů. Doktor Lukeš se ptal na verifikaci měření, student odpovídá.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D. (člen)
Ing. Zbyněk Lukeš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Aleš Povalač, Ph.D.

Práce se zabývá návrhem a implementací lokalizačního algoritmu založeného na metodě Reconstructed Time of Flight nad reálným datovým tokem z UWB platformy Sewio a jeho experimentálním porovnáním s provozně nasazenou metodou TDoA.

Všechny body zadání považuji za splněné. Student zpracoval přehled lokalizačních metod včetně TWR a srovnání RToF s TDoA, navrhl koncepci výpočtu polohy z toku TWR, implementoval řešení v Pythonu nad MQTT rozhraním a ověřil je nejen v laboratoři, ale i v reálném skladovém prostředí. Závěrečné zhodnocení škálovatelnosti a návrh hybridního TDoA-RToF systému zadání uzavírají. Tato část by snesla hlubší rozpracování, vzhledem k požadovanému rozsahu bakalářské práce ji však považuji za dostačující.

Za nadstandardní pokládám rozsah a kvalitu experimentální části: analýzu LoS i NLoS scénářů, statické i dynamické scénáře a korektní vyhodnocení pomocí standardních metrik přesnosti. Přesvědčivě je doložena lepší stabilita RToF mimo ideální geometrii kotev. Student si nad rámec samotných algoritmů vytvořil i vlastní nástroje pro zpracování a vizualizaci dat. Implementaci RToF, pro niž v literatuře prakticky neexistují referenční práce, zvládl samostatně na základě podkladů a průběžných konzultací ve firmě. K nim přistupoval iniciativně, pravidelně, plnil úkoly v termínech a výsledky kriticky hodnotil. Výtkou zůstává relativně malá práce s literaturou při srovnání s jinými pracemi - u RToF pochopitelná, u TWR by však srovnatelné práce dohledat šlo.

Po formální stránce je text v angličtině čtivý a technicky přesný, obsahuje však drobné překlepy a jazykové nedostatky a místy přechod do první osoby množného čísla. Citační aparát je naopak kvalitní - převažují normy, recenzované články a odborné monografie.

Zadání považuji za splněné, úroveň dosažených výsledků i prezentace dat je výborná a celkový dojem snižují pouze drobné jazykové a formální nedostatky. Posudek zpracovávám jako pedagogický vedoucí práce a zahrnuje i hlavní připomínky konzultanta Ing. Tomáše Kočana. Points proposed by supervisor: 94

Grade proposed by supervisor: A

File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 86,25 kB

Reviewer’s report
Ing. Radovan Juráň

Práce se zabývá implementací lokalizační metody Reconstructed Time of Flight (RToF) nad reálnou UWB RTLS infrastrukturou Sewio. Téma práce je aktuální a z pohledu průmyslových lokalizačních systémů relevantní. Zadání považuji za splněné. Pozitivně hodnotím praktickou část práce, která zahrnuje implementaci, práci s hardwarem a experimentální ověření navrženého řešení. Praktická část by si ale zasloužila rozsáhlejší experimentální vyhodnocení, zejména z hlediska škálovatelnosti navrženého řešení a podrobnější statistické analýzy dosažených výsledků. Kladně hodnotím též zpracování práce v anglickém jazyce. Nicméně po formální stránce práce vykazuje nedostatky. Text je převážně srozumitelný a logicky strukturovaný, v práci se však vyskytují jazykové a stylistické chyby, překlepy a méně pečlivá formulace odborného textu. Nedostatky tvoří také konzistence citací a práce s literaturou, která mohla být provedena důsledněji. Z povahy celkového textu práce a přiložených zdrojových kódů také není zcela jasná míra vyžití nástrojů umělé inteligence, která není v práci konkrétněji a transparetně deklarována.

Přes uvedené připomínky lze říci, že autor práce prokázal schopnost samostatně řešit technický problém, pracovat s daty a s reálným systémem. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B/85 bodů. Topics for thesis defence:
  1. V části 3.2.2 uvádíte několik algoritmů vhodných pro odhad pozice. Proč jste pro řešení zvolil právě algoritmus Levenberg-Marquardt, přestože mezi jeho nevýhody řadíte vyšší výpočetní složitost? Bylo by možné v rámci tohoto algoritmu zohlednit různou kvalitu jednotlivých měření obdobně jako u metody WLS? Pokud ano, jakým způsobem?
  2. Jaké jsou hlavní zdroje chyb metody RToF a jak se jejich vliv liší oproti metodě TDoA?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová