Моделирование процесса позиционирования источников радиосигналов в геоинформационных системах

DOI: 10.35595/2414-9179-2021-2-27-291-305

Посмотреть или загрузить статью (Rus)

Об авторах

С.С. Козин

Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации,
ул. Приборостроительная, д. 35, 302015, Орёл, Россия;
E-mail: sergei_kozin@mail.ru

С.М. Макеев

Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации,
ул. Приборостроительная, д. 35, 302015, Орёл, Россия;
E-mail: maksm57@yandex.ru

Д.О. Маркин

Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации,
ул. Приборостроительная, д. 35, 302015, Орёл, Россия;
E-mail: mdo@academ.msk.rsnet.ru

Аннотация

Описано применение средств моделирования среды разработки имитационных моделей Anylogic, позволяющих наглядно понять основные принципы определения местоположения подвижных объектов наблюдения, являющихся источниками радиоизлучения. В статье приводятся основные результаты исследований различных подходов к решению задачи позиционирования источников радиосигналов на основе измерения уровня его мощности базовыми станциями беспроводных сетей передачи данных. Задача позиционирования решалась в условиях высокой подвижности источника радиосигналов. Для решения задачи применялся комплекс методов: трилатерация, нечеткая логика, метод статистических испытаний (Монте-Карло), метод дроблений, а также эвристический. Полученные результаты апробировались в разработанных прототипах в форме имитационных моделей в среде AnyLogic. В качестве исходных данных использовались натурные измерения, произведенные в реальных условиях эксплуатации систем позиционирования. В рамках проведенной работы получены следующие основные результаты: реализация комплекса моделирующих алгоритмов, осуществляющих ряд случайных процессов: движение источников радиосигналов и распространение радиоволн; алгоритмы, реализующие аналитический расчет предполагаемой области местоположения на основе различных методов. Разработан комплекс имитационных моделей систем позиционирования, позволяющий наглядно представить определение местоположения источника радиосигнала в городских условиях с учётом его подвижности. Сформулированы выводы в отношении результатов проведённых исследований. Научная значимость работы заключается в разработке эвристического алгоритма позиционирования, основанного на секторном разбиении и нечёткой логике. Практическая ценность работы состоит в разработке комплекса алгоритмов и их практической реализации в виде приложений на языке Java для среды моделирования AnyLogic, позволяющих исследовать эффективность различных алгоритмов прогнозирования на точность позиционирования.

Ключ. слова

моделирование, система позиционирования, трилатерация, нечёткая логика

Список литературы

  1. Вишнякова О.А., Лавров Д.Н., Лаврова С.Ю. Математическая модель обнаружения точки беспроводного доступа по измерениям мощности излучения разнесенными наблюдателям. Математические структуры и моделирование. 2013. № 2 (28). С. 49–59.
  2. Камалов Ю.Ю., Служивый М.Н. Имитационное моделирования мобильных систем связи в условиях городской застройки. Известия Самарского научного центра РАН, 2010. Т. 12. № 4 (2). С. 341–345.
  3. Козин С.С., Кузькин А.А., Маркин Д.О., Рябоконь В.В., Свечников Д.А., Субботенко О.А. Программное средство определения местоположения подвижных источников радиосигналов на основе методов прогнозирования: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020666496 Российская Федерация. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.12.2020 г.
  4. Кондюрина А.А., Лавров Д.Н. Результаты эксперимента по обнаружению беспроводной точки доступа модифицированным методом трилатерации. Математические структуры и моделирование, 2018. № 2. С. 62–65.
  5. Маркин Д.О. Исследование эффективности алгоритмов определения местоположения мобильных устройств внутри помещений. Вестник РГРТУ, 2015. № 54 (1). С. 32–39.
  6. Маркин Д.О., Комашинский В.В., Шекшуев С.В. Анализатор контекста доступа мобильного устройства: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013618388 Российская Федерация. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06.09.2013 г.
  7. Маркин Д.О., Макеев С.М. Модель системы определения местоположения мобильного устройства на основе метода статистических испытаний. Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016. № 2. С. 150–165.
  8. Фокин Г.А. Технологии сетевого позиционирования 5G. СПб.: СПбГУТ, 2020. 466 с. DOI: 10.236724/2072-8735-2020-14-12-4-17.
  9. Basiri A., Lohan E.S., Moore T., Winstanley A., Petolta P., Hill C., Amirian P., Silva P. Indoor location based services challenges, requirements and usability of current solutions. Computer Science Review, 2017. V. 24. P. 1–12. DOI: 10.1016/j.cosrev.2017.03.002.
  10. Chen C.Y., Chen Y.J, Chen S.W., Shen C.Y., Hwang R.C. A Fuzzy Indoor positioning System with ZigBee Wireless Sensors. Journal of Electrical and Electronic Engineering, 2016. No. 4 (5). P. 97-102. DOI: 10.11648/j.jeee.20160405.12.
  11. Curran K., Furey E., Lunney T., Santos J., Woods D., McCaughey A. An evaluation of indoor location determination technologies. Journal of Location Based Services, 2011. V. 5. No. 2. P. 61–78. DOI: 10.1080/17489725.2011.562927.
  12. Koyuncu H., Yang S.H. A Survey of Indoor positioning and object locating Systems. IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 2019. V. 10. No. 5. P. 121–128. DOI: 10.1016/j.procs.2019.04.007.
  13. Mautz R. Overview of current indoor positioning systems. Geodezija ir kartografija, 2009. V. 35. No. 1. P. 18–22.
  14. Onofre S., Caseiro B., Pimentão J.P., Sousa P. Using Fuzzy Logic to Improve BLE Indoor Positioning System. Proc. of Doctoral Conference on Computing, Electrical and Industrial Systems. Technological Innovation for Cyber-Physical Systems, 2016. P. 169–177. DOI: 10.1007/978-3-319-31165-4_18.
  15. Orujov F., Maskeli R., Damaševičius R., Ye Li W.W. Smartphone based intelligent indoor positioning using fuzzy logic. Future generation Computer Systems, 2018. No. 89. P. 335–348. DOI: 10.1016/j.future.2018.06.030.
  16. Socha M., Górka W., Kostorz I. Fuzzy logic in indoor position determination system. Theoretical and Applied Informatics, 2016. V. 27. P. 1–15. DOI: 10.20904/272001.
  17. Uradzinski M., Guo H., Liu X., Yu M. Advanced indoor positioning using zigbee wireless technology. Wireless Personal Communications, 2017. V. 97. No. 4. P. 6509–6518.

Для цитирования: Козин С.С., Макеев С.М., Маркин Д.О. Моделирование процесса позиционирования источников радиосигналов в геоинформационных системах. ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: Материалы Междунар. конф. M: Географический факультет МГУ, 2021. Т. 27. Ч. 2. С. 291–305 DOI: 10.35595/2414-9179-2021-2-27-291-305

For citation: Kozin S.S., Makeev S.M., Markin D.O. Modeling the process of positioning of radio signal sources in geoinformation systems. InterCarto. InterGIS. GI support of sustainable development of territories: Proceedings of the International conference. Moscow: MSU, Faculty of Geography, 2021. V. 27. Part 2. P. 291–305. DOI: 10.35595/2414-9179-2021-2-27-291-305 (in Russian)