Для определения местоположения объектов в закрытых пространствах спутниковые системы навигации непригодны. Для таких случаев разрабатываются специальные локальные системы позиционирования. В данной статье рассматривается система локации в шахте RealTrac, основанная на беспроводной сети датчиков nanoLOC, использующих метод ToF (измерение времени распространения сигнала) для измерения расстояний от базовых станций до мобильного узла. Главным фактором, влияющим на точность полученных измерений, является ошибка, связанная с непрямолинейным распространением сигнала. В статье предлагается метод определения возможного местоположения объектов в шахте с учетом ошибок измерений, учитывающий возможные перемещения объектов в интервалах между измерениями. В качестве математической модели шахты используется неориентированный взвешенный граф. Местоположение объектов задается при помощи отрезков на ребрах графа. Для учета возможного перемещения объектов описан быстрый алгоритм расширения отрезков, работающий в режиме реального времени. Приведена демонстрация работы алгоритма. Определена средняя ошибка локации мобильных объектов в шахте при использовании разработанного алгоритма на практике.
Global navigation systems can not be used indoors. Special local positioning systems should be installed in this case. The paper presents the algorithms developed within the frames of RealTrac technology. RealTrac is based on nanoLOC radio standard. Distances between access points and mobile units are measured by means of the time-of-flight method. The measurement error is mainly caused by the non line of sight propagation of radio waves through reflections of a signal. A mine is described as an undirected weighted graph. The area of probable positions of the mobile unit is describes by a set of segments on the edges of the graph. To consider the possible movement of the mobile unit the fast algorithm of expansion of segments working in real time mode is proposed. The measurement errors and the maximum velocity of the mobile unit are taken into account. The work of the algorithm is demonstrated by an example. The mean positioning error is determined.
1. Воронов Р. В., Волков А. С., Региня С. А., Федоров А. А., Мощевикин А. П. Метод обработки данных распределенной сети датчиков давления для оценки относительной высоты мобильного узла // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4; URL: http://www.science-education.ru/110-9631 (дата обращения: 20.07.2013).
2. Воронов Р. В., Малодушев С. В. Динамическое создание карт уровня wifi-сигналов для систем локального позиционирования // Системы и средства информатики. – 2014. Т. 24. № 1. С. 80-92.
3. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.
4. Мехтиев А. Д. и др. Применение сенсорных сетей для мониторинга и локального определения местоположения в промышленности // ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК. – 2013. – С. 68-62.
5. Мощевикин А. П., Галов А. С., Волков А. С.. Локация в беспроводных сетях датчиков стандарта nanoLOC (IEEE 802.15.4a) // Информационные технологии. – 2011. – № 8. – С. 43-47.
6. Мощевикин А. П., Галов А. С., Волков А. С. Точность расчета локации в беспроводных сетях датчиков стандарта nanoLOC // Информационные технологии. – 2012. – № 9. – С. 37-41.
7. Овчинников С. Системы позиционирования и мониторинга // Технологии и средства связи. – 2014. № 2. С. 18-22.
8. Chehri A., Fortier P., Tardif P. M. Geolocation for UWB Networks in underground mines // Wireless and Microwave Technology Conference, 2006. WAMICON'06. IEEE Annual. – IEEE, 2006. – С. 1-4.
9. Chehri A., Fortier P., Tardif P. M. UWB-based sensor networks for localization in mining environments // Ad Hoc Networks. – 2009. – Т. 7. – №. 5. – С. 987-1000.
10. Dayekh S. et al. Cooperative geo-location in underground mines: A novel fingerprint positioning technique exploiting spatio-temporal diversity // Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 2011 IEEE 22nd International Symposium on. – IEEE, 2011. – С. 1319-1324.
11. Deak G., Curran K., Condell J. A survey of active and passive indoor localisation systems // Computer Communications. – 2012. – Т. 35. – №. 16. – С. 1939-1954.
12. Ferreira G. An implementation of ultrasonic time-of-flight based localization // 2nd International Conference on Wireless Communication in Underground and Confined Areas. – 2008.
13. Galov, A., Moschevikin, A. Bayesian filters for ToF and RSS measurements for indoor positioning of a mobile object // Proceedings of the International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN-2013), Montbeliard, France, October 28-31, 2013, pp. 310-317. – Яз. англ.
14. Galov, A. S., Moschevikin, A. P., Voronov, R. Combination of RSS localization and ToF ranging for increasing positioning accuracy indoors // 11th International Conference on ITS Telecommunications ITST-2011, pp. 299-304. – Яз. англ.
15. Hawkins W., Daku B. L. F., Prugger A. F. Vehicle localization in underground mines using a particle filter // Electrical and Computer Engineering, 2005. Canadian Conference on. – IEEE, 2005. – С. 2159-2162.
16. Moschevikin A., Galov A., Soloviev A., Mikov A., Volkov A., Reginya S.. RealTrac technology overview // EvAAL 2013, Communications in Computer and Information Science series CCIS. – 2013. – Т. 386 – С. 60-71.
17. Moschevikin A., Voronov R., Galov A., Soloviev A. Using Pressure Sensors for Floor Identification in Wireless Sensors Networks // Proceedings of the 1st International Symposium on Wireless Systems IDAACS-SWS, Offenburg, Germany, September 20-21. – 2012, pp. 2-6. – Яз. англ.
18. Liu H. et al. Survey of wireless indoor positioning techniques and systems // Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, IEEE Transactions on. – 2007. – Т. 37. – №. 6. – С. 1067-1080.
19. Pei Z. et al. Anchor-free localization method for mobile targets in coal mine wireless sensor networks // Sensors. – 2009. – Т. 9. – №. 4. – С. 2836-2850.
20. Savic V., Wymeersch H., Larsson E. G. Simultaneous sensor localization and target tracking in mine tunnels // Information Fusion (FUSION), 2013 16th International Conference on. – IEEE, 2013. – С. 1427-1433.
21. Widmann D. et al. Characterization of in-tunnel distance measurements for vehicle localization // Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2013 IEEE. – IEEE, 2013. – С. 2311-2316.