چگونه به دقت 1 متر در تعیین موقعیت با گوشی هوشمند برسیم؟

مطالعه این نوشته در 11 دقیقه

در مورد روشهای تعیین موقعیت با گوشی هوشمند و مشکلات آن در نوشته های قبلی توضیحات کاملی ارائه کرده ام. برای دسترسی به این نوشته ها کافی است که عبارت “گوشی هوشمند” را درسایت جستجو کنید. در این نوشته به بررسی این نکته می پردازم که آیا امکان رسیدن به  دقت بالا در تعیین موقعیت با استفاده از گوشی های هوشمند وجود دارد؟ چگونه به دقت 1 متر در تعیین موقعیت با گوشی هوشمند برسیم؟

تعیین موقعیت با گوشی هوشمند

با پیشرفت تکنولوژی در زمینه سخت افزارهای تعیین موقعیت و رابط های برنامه نویسی API در اندروید، دقت تعیین موقعیت توسط گوشی های هوشمند افزایش یافته است. این افزایش دقت در سال های آینده به سطح سانتی متری خواهد رسید. بدون شک ما به عنوان استفاده کنندگان از گوشی های هوشمند باید مسائل امنیتی در رابطه با تعیین موقعیت بالا را در نظر بگیریم. در نوشته ای درباره آینده سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای به گوشه ای از تهدیدات امنیتی احتمالی برای کاربران سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای اشاره کرده ام.

احتمالا متوجه شده اید که دقت تعیین موقعیت با گوشی هوشمند در مناطق سرپوشیده نظیر فروشگاه های زنجیره ای و اداره ها نسبت به سال های گذشته افزایش چشمگیری داشته است. در واقع این افزایش دقت را مدیون روش های تعیین موقعیت در فضای سربسته یا Indoor Positioning هستیم. در مورد این روش ها در نوشته های آینده بیشتر خواهم گفت. ولی یکی از مهمترین این روش ها که موجب افزایش دقت تعیین موقعیت با گوشی هوشمند به اندازه 1 تا 2 متر خواهد شد، روش RTT یا Round-Trip Time می باشد.

در ادامه به بررسی این روش و تاثیر آن در تعیین موقعیت با گوشی هوشمند می پردازم.

Wi-Fi Round-Trip Time

روش Wi-Fi Round-Trip Time که برای تعیین موقعیت در فضای سربسته از آن استفاده می شود بر مبنای جمع آوری مشاهدات سیگنال های رادیویی می باشد که موجب افزایش دقت تعیین موقعیت با گوشی هوشمند تا حدود 1 متر می شود.

قبل از اینکه اطلاعات بیشتری در مورد این روش ارائه کنم، به بررسی این نکته می پردازم که در حال حاضر موقعیت خود را در فضای بسته چگونه تعیین می کنیم؟

در حال حاضر، ما از شاخصی به نام قدرت سیگنال Wi-Fi دریافتی استفاده می کنیم. به این شاخص در اختصار RSSI می گویند که مخفف received signal strength indication می باشد. در واقع ما به کمک قدرت سیگنال می توانیم فاصله را برآورد کنیم. شکل زیر نشان دهنده قدرت سیگنال در نزدیکی یک منبع Wi-Fi می باشد. همانطور که مشاهده می کنید هرچقدر به منبع نزدیکتر باشیم قدرت سیگنال بیشتر و رنگ آن سبزتر می باشد. رنگ قرمز نشان از قدرت پایین سیگنال در آن نقطه است.

تعیین موقعیت با گوشی هوشمند

هرچقدر گوشی هوشمند ما دورتر از منبع باشد قدرت سیگنال دریافتی پایین تر و در نتیجه توانایی اندازه گیری فاصله به کمک قدرت سیگنال و در نهایت توانایی تعیین موقعیت با استفاده از آن کاهش می یابد. البته الگوریتم هایی برای بهبود این شرایط وجود دارد که در اینجا به آن ها اشاره ای نمی کنم. ولی با استفاده از تکنولوژی جدید Wi-Fi Round-Trip Time این مشکل برطرف شده است.

در این روش به جای استفاده از قدرت سیگنال، از زمان طی شده توسط سیگنال استفاده می شود. در واقع زمان طی شده برای ارسال یک سیگنال رادیویی  از منبع Wi-Fi به گوشی هوشمند و بازگشت این سیگنال، اندازه گیری می شود. با توجه به این که سیگنال های رادیویی سرعتی برابر با سرعت نور دارند، با استفاده از زمان به دست آمده و ضرب آن در سرعت نور، فاصله بین منبع و گوشی هوشمند به دست می آید.

ما برای تعیین موقعیت گوشی هوشمند نیاز به محاسبه چندین مشاهده طول یا range داریم. برای به دست آوردن این مشاهدات از از یک پروسه پردازش به نام multi-lateration استفاده می کنند. هرچقدر تعداد این مشاهدات طولی بیشتر باشد، دقت تعیین موقعیت با گوشی هوشمند نیز بالاتر خواهد بود.

در سال 2018 با ارائه یک رابط برنامه نویسی در اندروید (API) که بر مبنای پروتکل فاصله یابی IEEE 802.11mc می باشد، امکان استفاده از این روش در گوشی های هوشمند اندرویدی فراهم شده است. در نتیجه در آینده ای نزدیک هر وقت شما در منطقه ای قرار داشته باشید که امکان دسترسی به تکنولوژی RTT فراهم باشد، دقت تعیین موقعیت با گوشی هوشمند به شدت افزایش می یابد.

اگر بخواهیم نگاهی دقیق تر به این روش داشته باشیم باید به شکل زیر دقت کنیم:

تعیین موقعیت با گوشی هوشمند

در ابتدا گوشی هوشمند شبکه Wi-Fi را اسکن کرده و نقاط دسترسی به منابع Wi-Fi را پیدا می کند. پس از اقدام به اتصال به منبع RTT، یک فرآیند پینگ پونگ مانند (Ping-Pong) شکل می گیرد. در ابتدا یک مشاهده زمانی تحت عنوان FTM برای گوشی ارسال می شود (Ping) و در جواب، گوشی هوشمند این درخواست را به سمت منبع باز می گرداند (Pong).

این فرآیند چندبار تکرار می شود و در نتیجه همانند آن چه در بالا توضیح داده شد و در شکل مشخص است، فاصله بین گوشی هوشمند و منبع Wi-Fi RTT به دست می آید. با توجه به تعداد بالای درخواست های Ping-Pong، امکان محاسبه وریانس و میانگین فاصله های به دست آمده وجود داشته و در نتیجه به صحت این اندازه گیری ها پی می برند.

تعیین موقعیت با گوشی هوشمند

پس از به دست آوردن اندازه گیری های فاصله ای صحیح و قابل اعتماد، می توان همانند تکنیکی که در به دست آوردن موقعیت از مشاهده فاصله در سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای می شناسیم، استفاده کرده و موقعیت گوشی هوشمند را با دقت بالا به دست آوریم. برای این کار از روش های کمترین مربعات و فیلتر کالمن استفاده می کنند. برای آشنایی در این زمینه به منابع مرجع مراجعه نمایید.

در این روش چالش هایی نظیر پدیده چندمسیری Multipath وجود دارد که محققین در حال بررسی و ارائه الگوریتم های مناسب در این زمینه می باشند. همچنین امکان تلفیق این تکنولوژی با سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای (در مکان هایی که در دسترس باشند) و نیز سنسورهای شتاب سنج و ژیروسکوپ گوشی در حال بررسی می باشد.

بدون شک در آینده ای نزدیک با عمومی شدن این تکنولوژی و ارائه اندروید P، تعیین موقعیت با گوشی هوشمند با دقت 1 متر فراگیر خواهد شد.


امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

As you found this post useful...

Follow us on social media!

We are sorry that this post was not useful for you!

Let us improve this post!

2 دیدگاه در “چگونه به دقت 1 متر در تعیین موقعیت با گوشی هوشمند برسیم؟”

  1. با سلام؛
    سوالی که پیش میاد اینه که خود اکسس پوینت ها باید دارای مختصات دقیقی باشن و این مختصات از کجا بدست میاد؟منظورم اینه که اگه یک منبع وایفای در یک مختصات مکانی مجهول باشه,فهمیدن فاصله گوشی از اون منبع چه کمکی به مکانیابی گوشی میکنه؟

    1. سلام.
      اکسس پوینت ها هم باید تغییر کنند و از این تکنولوژی پیروی کنند. در حال حاضر اکسس پوینت های جدید در مرحله تولید بر مبنای پروتکل 11mc protocol ساخته خواهند شد تا از این تکنولوژی حمایت کنند. همچنین google WiFi نیز از این تکنولوژی پشتیبانی خواهد کرد. کشورهای مختلف مخصوصا کره جنوبی در ایجاد این سیستم پیشرو هستند. این تکنولوژی در مرحله اولیه عرضه قرار دارد و تا عمومی شدن به خصوص در ایران راه زیادی وجود دارد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *