FACULTATEA DE HIDROTEHNICA

Sisteme de pozitionare / localizare pentru spatii inchise(indoor)

Sisteme de localizare GPSAutomatica si informatica aplicata AN 4

ENACHE ION OCTAVIAN GR 1

BESLEAGA ANDREI ALEXANDRU GR 2

Sisteme de poziionare / localizare pentru spaii nchise (indoor)

Sistemele de localizare pentru spaii nchise pun probleme cu totul diferite dect cele pentru spatii deschise. Marjele de eroare acceptabile fiind n general mai mici, semnalul de la sisteme GNSS poate fi slab sau inexistent.

De asemenea, nevoile de poziionare sunt diferite. Dac n cazul sistemelor de poziionare de exterior este nevoie de o triplet (long, lat, alt) care eventual poate fi tradus apoi ntr-o adres, n cazul sistemelor de poziionare de interior, obiectivul este de a se determina poziia ntr-o cldire, la nivel de etaj, la nivel de camer sau chiar la nivel de poziie ntr-o camer.

Propagarea multi-cale a diferitelor tipuri de semnale folosite n localizare este un alt factor care trebuie luat n considerare la localizarea n spaii nchise (birouri, locuine). Dei genereaz probleme i pentru mediul exterior (mai ales n cazul GPS), n interior aceast problem se amplific pentru c n mod comun aceste spaii au multe obstacole n care semnalele se pot reflecta de mai multe ori i pot ajunge la diferite momente i cu diferite intensiti la receptoare. Pentru a rspunde acestor nevoi s-au dezvoltat o serie de metode i de sisteme, multe dintre ele folosind idei similare cu cele prezentate n seciunea anterioar, adaptate pentru interior.Sisteme de localizare pentru interior:

1. AGNSS2. Locata3. Sisteme bazate pe ultrasunete1. AGNSSPentru a ajunge n spaii nchise, semnalul GNSS trece printr-un numr de obstacole (perei, plafoane, obstacole naturale) din diferite materiale i cu diferite proprieti electrice, care l atenueaz i l face aproape imposibil de detectat. Atenuarea semnalului GPS din banda L (L1 = 1500 MHz) este ntre 5 i 30db, cele mai severe fiind n tunele i spaii subterane. Una din soluiile la aceast problem este A-GPS, care adreseaz i probleme de semnal GNSS slab, i a fost prezentat n seciunea anterioar. Exist studii care susin c la o atenuare > 25db (cldiri de beton, spaii subterane) localizarea bazat pe semnalul GPS nu este posibil fr un sistem A-GPS.

Cu (A)-GPS, n spaii nchise se poate ajunge la o precizie la nivel de camer. n urmtorii 10 ani, odat cu finalizarea sistemelor GNSS (de exemplu, Galileo), precizia acestei metode de localizare pentru interior va crete.2. LocataLocata este un sistem de poziionare bazat pe staii de emisie terestre cu ceasuri sincronizate care trimit semnale asemntoare cu cele GNSS i fac localizare punctual folosind msurri nu prin msurarea timpului, ci prin urmrirea fazei purttoarei. Sistemul are o abatere standard pentru poziionarea n timp real de pn la 1 cm n 93% cazuri la o distan de maxim 100m de staiile de emisie. ntr-un test cinematic, Locata a obinut o abatere standard de 16 mm cu 82% din valori fiind +/20mm [9].

Autorii articolului conclud c Locata poate fi folosit pentru localizare mai precis de un centimetru oriunde, att n spaii nchise ct i n exterior, n ciuda erorilor cauzate de propagarea multi-cale. Pentru c semnalul transmis de sistemul Locata este cu cteva ordine de mrime mai puternic dect cel al GNSS, el poate trece prin perei totui, n astfel de situaii precizia scade cu un ordin de mrime (10 cm).

Sistemul este util mai ales n localizarea la nivel de centimetru a utilajelor n spaii bine delimitate fabrici, depozite n care precizia este important i calitatea semnalului GNSS este insuficient.3. Sisteme bazate pe ultrasuneteSistemele bazate pe ultrasunete folosesc fie timpul de parcurgere a semnalului (TOA Time of Arrival), fie diferena ntre doi timpi de parcurgere (TDOA time difference of arrival) pentru a calcula poziia.

3.1 Cricket(s)Sistemul Cricket se bazeaz pe emitoare statice montate pe plafon i receptoare mobile. Emitoarele transmit periodic mesaje ultrasonice i n frecven radio coninnd un ID unic, propriu. Pentru c semnalele radio au o vitez de aproximativ 106 ori mai mare dect ultrasunetele, receptoarele mobile folosesc diferena de timp ntre sosirea semnalului radio fa de cel ultrasonic pentru a-i calcula distana pn la fiecare dintre emitoare. Cunoscnd poziia emitoarelor fixe, poziia receptorului poate fi determinat folosind trilateraie sau multilateraie.Sistemul prezint ns unele dezavantaje, fiind sensibil la schimbri de temperatur i de propagarea multi-cale.3.2 Active BatSistemul Active Bat folosete modelul invers, n care receptorii sunt montai pe plafon, i utilizatorii (mobili) au emitoare care difuzeaz un semnal ultrasonic care le identific. Mai muli receptori primesc acest semnal i, prin multilateraie, calculeaz poziia obiectului. Active Bat poate deduce de asemenea i informaie legat de orientarea unui utilizator.

Soluia folosete o arhitectur centralizat i necesit un numr mare de receptori ultrasonici montai precis.

Ideea sistemului aceeai cu sistemul Active Badge, prezentat n 1992, care se bazeaz semnale transmise prin infrarou, n loc de unde ultrasonice.

3.3 RADAR: localizare n spaii nchise cu puncte de acces wirelessAnalizeaz un sistem bazat puterea semnalului recepionat de la staii WiFi pentru localizarea n spaii nchise, i propune dou metode de localizare, cu rezultate bune.

Folosind puterea semnalului recepionat de la un numr de staii WiFi, se definete ca metric pentru calculul poziiei celei mai bune dintr-un set de poziii posibile cel mai apropiat vecin n spaiul semnalului (nearest neighbour(s) in signal space NNSS). Pentru calcularea distanei n spaiul semnalului, locaiile sunt identificate prin puterea semnalului recepionat, n acel punct, de la toate staiile WiFi.

Diferena dintre cele dou metode const n antrenarea sistemului, prima folosind o serie de msurri empirice, n diferite locaii pe un etaj, iar a dou folosete un model de propagare a undelor radio pentru a evita necesitatea acestor msurtori.

n cazul msurtorilor empirice, se fac msurtori ntr-un numr de 70 de locaii n spaiul de msurare (un etaj de cldire) fa de 3 staii WiFi. Articolul atrage atenia asupra efectului orientrii utilizatorului asupra puterii semnalului recepionat, i propune 4 msurtori pentru fiecare locaie, fiecare cu o orientare diferit.

n al doilea caz, se definete un model de propagare a undelor radio n spaiul n care se dorete localizarea, lund n considerare atenuarea semnalului n funcie obstacolele din acest spaiu (perei, mobil, echipament). Se consider apoi o gril de puncte peste acest spaiu n care se aproximeaz ct ar trebui s fie puterea semnalului recepionat.

n faza de localizare, se folosete algoritmul NNSS pe punctele definite la etapa anterioar.

Articolul investigheaza i posibilitatea utilizrii unei medii, n spaiul fizic, a celor mai apropiai k vecini i conclude c eroarea scade uor pentru valori mici ale lui k comparate cu numrul total de poziii nvate, dar pentru valori mai mari ale lui k, eroarea crete abrupt.

O analiz a dependenei preciziei fa de numrul de poziii considerate n etapa de nvare arat c exist un prag dup care numrul de puncte nvate nu mai aduce o contribuie semnificativ pentru calculul poziiei. De asemenea, acest prag depinde de poziionarea punctelor dac punctele pot fi uniform distribuite n spaiul de localizare, atunci pragul este mai mic.

Dac, n faza de localizare, se arat c nu este nevoie dect de un numr mic de msurri pentru calculul poziiei pentru a ajunge n apropierea preciziei maxime.

Autorii conclud c, folosind un sistem ca RADAR, se poate realiza localizarea cu o rezoluie de 2 3 metri, deci localizare la nivel de camer.

Dei modelul este vechi, din 2000, metodele, metricile i concluziile au fost folosite ca referin de o serie ntreag de sisteme de calculare a poziiei dezvoltate ulterior, att pentru spaii nchise ct i pentru exterior.UTCB - UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI