Определение местоположения и физического состояния...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НОСИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ

МЕТКИ

Обзор радиочастотной идентификации• технология, которая позволяет автоматически собирать

информацию о том или ином объекте без вмешательства человека и с минимальным числом ошибок.• рынок в большей степени ориентирован на задачи бесконтактной

идентификации товаров.• решения, позволяющие идентифицировать персонал в рамках

какого-либо протяжённого объекта практически отсутствуют.

Актуальность поставленной задачи, область применения• Определение уровня качества работы сотрудников.• В области эксплуатации подземных коллекторов предотвращение

человеческих жертв.• Так называемая технология «Свой-Чужой».• Обеспечение безопасности при работе в производственных или

иных помещениях с автоматизированными процессами.

Радиочастотная метка• микроконтроллер MicroChip;• радиоприемо-передатчик диапазона 433мГц;• встроенная антенна диапазона 433 МГц;• трёхосевой акселерометр;• малогабаритный литий-полимерный

аккумулятор;• блок питания;• индукционная катушка заряда аккумулятора в

виде печатных проводников;• схема управления зарядом аккумулятора;• индикаторный светодиод;• звукоизлучатель.

Инфраструктура предлагаемой системы• Объект идентификации -

помещение с набором считывателей объединенных по информационной питающей линии• Система определения

местоположения построена по распространённой схеме «Сервер - Клиенты».

RSSI• RSSI - индикатор мощности принимаемого сигнала• В радиочипе разрабатываемого устройства укладываются в

значения кода 32…127• По полученному уровню сигнала RSSI нельзя однозначно

определить соответствующее значение расстояния

Частоты распределения RSSI

89 90 91 92 93 94 95 96 97 980

5

10

15

20

25

Значение RSSI

Част

ота

выпа

дени

я в

100

пров

еден

ных

изм

ерен

иях

Распределение частот значений уровня RSSI для расстояния между радиоидентификатором и считывателем

Гипотетическое нормальное распределение

8989.2

89.489.6

89.8

89.9999999999999

90.1999999999999

90.3999999999999

90.5999999999999

90.7999999999999

90.9999999999999

91.1999999999999

91.3999999999999

91.5999999999999

91.7999999999998

91.9999999999998

92.1999999999998

92.3999999999998

92.5999999999998

92.7999999999998

92.9999999999998

93.1999999999998

93.3999999999997

93.5999999999997

93.7999999999997

93.9999999999997

94.1999999999997

94.3999999999997

94.5999999999997

94.7999999999997

94.9999999999997

95.1999999999996

95.3999999999996

95.5999999999996

95.7999999999996

95.9999999999996

96.1999999999996

96.3999999999996

96.5999999999996

96.7999999999996

96.9999999999995

97.1999999999995

97.3999999999995

97.5999999999995

97.7999999999995

97.99999999999950

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Распределения частот, полученное в результате экспермента Гипотетические значения частот

Значение RSSI

Веро

ятно

сть

выпа

дени

я зн

ачен

ий R

SSI

Соответствие эмпирического распределения нормальному закону

Расстояние, м

m δ sПроверка

соответствия

0,5 117,04 0,2184 0,4673 1,73 1 6,63 соотв.

1 110,87 0,9331 0,966 0,56 2 9,21 соотв.

2 94,08 3,7336 1,9323 3,76 7 18,47 соотв.

4 86,89 5,0179 2,24 7,00 8 20,09 соотв.

6 84,11 5,5979 2,366 7,30 9 21,66 соотв.

8 79,78 7,5116 2,74 17,91 10 23,21 соотв.

10 76,53 5,4691 2,3386 16,89 9 21,66 соотв.

12 73,92 7,0536 2,6559 6,85 10 23,21 соотв.

15 69,68 7,9776 2,8245 8,98 11 24,72 соотв.

20 59,9 7,7900 2,7911 24,22 12 26,21 соотв.

25 59,25 10,827 3,2905 14,57 13 27,69 соотв.

30 49,32 9,9176 3,1492 10,09 11 24,72 соотв.

2 emp s,

Определение кривых зависимости

0.5 1 2 4 6 8 10 12 15 20 25 300

20

40

60

80

100

120

140

Зависимость математического ожидания RSSI от расстояния

математическое ожидание аппроксимация математического ожидания

расстояние, м

пока

зате

ль R

SSI

0.5 1 2 4 6 8 10 12 15 20 25 300

2

4

6

8

10

12

Зависимость дисперсии RSSI от расстояния

дисперсия аппроксимация дисперсии

расстояние, м

пока

зате

ль R

SSI

Вероятность нахождения на расстоянии от источника в зависимости от RSSI сигнала

Зависимость Уравнение аппроксимирующей кривойПогрешность

аппроксимации

Мат. ожидание от расстояния = -15,649 ln(x) + 109,04 5,25%

Макс. значение от расстояния max= -13,952 ln(x) + 111,34 5,30%

Мин. значение от расстояния min = -17,329 ln(x) + 106,22 6,29%

Дисперсия от расстояния = 2,41 ln(x) + 1,52 23,34%

Вероятность нахождения на расстоянии от источника в зависимости от RSSI сигнала

0.2 1.6 3 4.4 5.8 7.2 8.6 10 11.412.814.215.6 17 18.419.821.222.6 24 25.426.828.229.60

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

RSSI=75

Расстояние

Веро

ятно

сть

Вероятность нахождения на расстоянии от источника в зависимости от RSSI сигнала в пространстве

Один считыватель с RSSI=96, обозначен красным цветом.

Одна клетка на изображении представляет 10 см2 пространства.

Определение местоположения по трем приемникам сигнала

Определение местоположения по пяти приемникам сигнала

Проведение испытаний

Результаты испытанийВероятностный алгоритм Метод триангуляции

Среднее отклонение получившейся траектории от реальной траектории

0,36 м 0,65 м

Средняя относительная погрешность определения местоположения объекта

6,17% 11,92%

Определение физического состояния• Используется акселерометр.• Параметром выступает длина вектора ускорения.• Различает такие состояние как бег, хождение,

неподвижное нахождение носителя на одном месте и неподвижное состояние радиоидентификатора, отделенного от носителя.

• Экспериментально полученные выборки показателя сравниваются критерием Стьюдента.

• Выведены формулы, позволяющие прийти к выводу о состоянии носителя по характеристикам выборки группы прочитанных значений.

Заключение• Разработана система определения месторасположения,

доступная в областях , где сейчас она не используется.• Разработан алгоритм вероятностного метода определения

местоположения объекта в помещении по показателям уровня мощности радиосигнала RSSI в точках приёма.• Разработан статистический алгоритм определения физического

состояния носителя радиоидентификатора.• Система внедряется фирмой “МНПП Сатурн” в ряд клиник города

Москвы с целью повышения качества работы персонала.