Заключение организации (Исследование и разработка методов повышения точности определения местоположения объектов в пространстве с использованием технологий беспроводных сетей)

Актуальность проблемыОдной из важных проблем приложения технологий беспроводных сетейявляется разработка методов определения местоположения объектов в пространстве.Для определения положения объектов вне помещений успешно применяются технологии спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС), а также технологии, использующие средства мобильной связи (GSM).

Однако для определения местоположения объектов внутри помещений они малопригоднылибо в связи с низкой точностью (GSM), либо в связи с невозможностьюприменения вследствие ослабления спутникового сигнала в стенах и перекрытиях зданий.Для определения местоположения объектов в помещениях используютсятехнологии беспроводных сетей, такие как Bluetooth, Wi-Fi или Zigbee, средикоторых наиболее широкое распространение получили сети стандарта IEEE802.11 (известные также как сети Wi-Fi). Методы позиционирования в этомслучае чаще всего базируются на использовании данных о мощности Wi-Fiсигналов, принимаемых объектами от различных точек доступа.

Ключеваяпроблема здесь – обеспечение требуемой точности при всѐм многообразиивнешних факторов, значительно усложняющих реальную интерференционную картину Wi-Fi покрытия.Не смотря на обилие публикаций по данной тематике, многие вопросы,связанные с увеличением точности систем позиционирования остаются разработанными в недостаточной степени.

К ним относятся, в частности, совместное применение нескольких методов обработки информации и одновременное совокупное использование беспроводных технологий.Кроме того, одним из перспективных направлений для повышения точности локализации положения объектов по данным беспроводных сетей является адаптация методов корреляционно-экстремальных систем, решающихсхожие задачи в смежной области навигации и наведения летательных аппаратов.

Этот вопрос в литературе также ранее не рассматривался.Системы позиционирования позволяют отслеживать местоположениеперсонала, проводить инвентаризацию активов организации, а также обеспечивают быстрый доступ к оборудованию и транспортным средствам. Данныеобласти применения требуют высокой точности определения местоположения объектов (до нескольких метров). Это позволяет считать точность определения местоположения в беспроводных сетях важной характеристикой систем позиционирования, а исследование методов ее повышения актуальнойнаучной задачей.Личное участие соискателя в получении результатовВ диссертационной работе автором лично получены следующие основные результаты:1.

Осуществлѐн теоретико-информационный анализ систем позиционирования объектов различного масштаба и методов обработки информации, применяемых для увеличения их точности.2. Проведено экспериментальное исследование эффективности решения задачи локального Wi-Fi позиционирования с использованиемсуществующих методов обработки информации об уровнях мощности беспроводных сигналов.3. Выполнено совершенствование существующего модифицированногометода k-ближайших соседей за счѐт разработки новой меры близости – меры обобщѐнной фазовой корреляции, основанной на алгоритмах, применяемых в корреляционно-экстремальных системах.4. Установлена эффективность совместного использования совокупности методов обработки информации при решении задачи локальногоWi-Fi позиционирования с высокой точностью.5.

Разработан новый метод обработки информации, осуществляющийпозиционирование объектов и их групп по данным совокупности методов позиционирования и использующий данные об уровнях мощности сигналов Wi-Fi точек доступа и устройств BLE (Bluetooth LowEnergy).6.

Разработана научно обоснованная процедура синтеза систем позиционирования объектов по данным беспроводных сетей стандарта IEE802.11 (Wi-Fi), включающая методы и алгоритмы оценки качествафункционирования таких систем.7. Разработано специальное прикладное программное обеспечение, реализующее предложенную процедуру синтеза систем локального WiFi позиционирования объектов, а также методы определения местоположения объектов, рассмотренные и разработанные в рамках диссертации.Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертацииОбоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается теоретическими выкладками, результатами экспериментальных исследований, а также сравнением полученных результатов с данными,приведѐнными в научной литературе;апробацией полученных результатов среди квалифицированных специалистов на двух международных научно-технических конференциях «Информационные средства и технологии», на международнойнаучно-технической конференции «Проблемы автоматизации иуправления в технических системах – 2015», а также на международной конференции молодых учѐных «Информационные технологии в науке, образовании и управлении», IT + S&E`15.Научная новизна1.

Разработана новая мера близости для существующего модернизированного метода k-ближайших соседей на базе алгоритма обобщѐнной фазовой корреляции, применяемого в корреляционноэкстремальных системах. Применение разработанной меры позволяет достигнуть меньших значений ошибки позиционирования посравнению с существующими мерами близости.2. Разработан алгоритм локализации положения объектов и их группна основании совместного использования методов обработки информации об уровнях мощности сигналов Wi-Fi точек доступа иустройств BLE (Bluetooth Low Energy).

Для осуществления взаимной коррекции оценок координат близкорасположенных объектовпредложен новый подход, основанный на оценке степеней уверенности в правильности своего решения для каждого из совместно используемых методов позиционирования.3. Предложена процедура синтеза систем локального Wi-Fi позиционирования по данным об уровнях мощности беспроводных сигналов. Отличие разработанной процедуры от существующих заключается в том, что она не зависит от используемого оборудования ипозволяет производить анализ качества систем до их промышленного внедрения.Практическая значимость полученных результатовПрименение разработанной процедуры синтеза систем Wi-Fi позиционирования объектов в значительной степени упрощает настройку и внедрение подобных систем.

Алгоритмы оценки качества, предложенные в рамкахэтой процедуры, позволяют выявлять проблемные зоны и участки ещѐ довведения системы в промышленное использование, что позволяет сократитьрасходы, связанные с эксплуатацией системы. Разработанные методы определения местоположения объектов по данным об уровнях мощности беспроводных сигналов обладают достаточными точностными характеристикамидля построения высокоточных систем локального позиционирования.Основные теоретические и практические результаты, полученные в диссертации, были использованы при построении системы локального позиционирования сотрудников и посетителей на защищѐнном промышленном объекте ПАО «Газпром» Московского региона.

Алгоритмы локального позиционирования объектов, разработанные в рамках диссертационной работы, быливключены в состав программно-аппаратного комплекса мониторинга местоположения объектов, разработанного компанией ООО «Гардлайнер», и былииспользованы в учебном курсе «Интеллектуальные информационные системы» кафедры управления и информатики НИУ «МЭИ».Полнота изложения материалов диссертации в печатных работах ивклад, внесенный автором в работах, написанных в соавторствеОсновные положения диссертации достаточно полно представлены вследующих публикациях:1. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф.

Комплексная методика синтеза систем позиционирования объектов. // Датчики и системы. 2014. №12. С. 16-21.2. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Разработка комплексного метода позиционирования объектов по данным беспроводных сетей Wi-Fiи устройств BLE (Bluetooth Low Energy). // Известия ИнститутаИнженерной Физики. 2015. № 2. С. 2-10.3. Ассур О.С. Разработка метода локального позиционированияобъектов на основе алгоритмов корреляционно-экстремальныхсистем // Известия Института Инженерной Физики. 2016. № 2. С.20-26.4.

Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Методы позиционирования объектов впространстве. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Девятнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (28февраля – 1 марта 2013 г., Москва): Тез. докл. В 4 т. М.: Издательский дом МЭИ. Т. 2. C. 61-62.5. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Разработка программного комплексасбора и обработки данных об уровнях мощности сигнала Wi-Fi.

// Сб.тр. XXII Междунар. науч.-техн. семинара «Современные технологиив задачах управления, автоматики и обработки информации», 18-24сентября 2013 г., Алушта. − М.: Изд-во МГУПИ. С. 265-266.6. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Исследование точности системы Wi-Fiпозиционирования, построенной с использованием метода kближайших соседей. // Труды XXII Международной научнотехнической конференции «Информационные средства и техноло-гии», Москва, 19-21 ноября 2014 г.

− М.: Издательский дом МЭИ. Т.2. C. 90-94.7. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Разработка системы Wi-Fi позиционирования на основе метода k-ближайших соседей. // Радиоэлектроника,электротехника и энергетика: Двадцатая Междунар. науч.-техн.конф. студентов и аспирантов (27–28 февраля 2014 г., Москва): Тез.докл. М.: Издательский дом МЭИ, 2014. Т. 2.

C. 55-56.8. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Разработка программного комплекса дляанализа качества настройки систем Wi-Fi позиционирования. // Труды XXII Международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии», Москва, 18-20 ноября 2014 г.− М.: Издательский дом МЭИ. Т. 3. С.