Técnicas de Localizaç˜ao em Ambientes Exteriores Dissertaç˜ao de Mestrado em Engenharia ...

230 Pages·2017·10.16 MB·Portuguese

Universidade de Tra(cid:19)s-os-Montes e Alto Douro
T(cid:19)ecnicas de Localiza(cid:24)c~ao em Ambientes Exteriores
Disserta(cid:24)c~ao de Mestrado em Engenharia Electrot(cid:19)ecnica e de
Computadores
Por
Rui Manuel Gon(cid:24)calves Pinto
Orientador: Doutor Pedro Miguel Mestre Alves Silva
Co-orientador: Doutor Carlos Manuel Jos(cid:19)e Alves Ser^odio
Vila Real, Fevereiro de 2017

Universidade de Tra(cid:19)s-os-Montes e Alto Douro
T(cid:19)ecnicas de Localiza(cid:24)c~ao em Ambientes Exteriores
Disserta(cid:24)c~ao de Mestrado em Engenharia Electrot(cid:19)ecnica e de
Computadores
Por
Rui Manuel Gon(cid:24)calves Pinto
Orientador: Doutor Pedro Miguel Mestre Alves Silva
Co-orientador: Doutor Carlos Manuel Jos(cid:19)e Alves Ser^odio
Disserta(cid:24)c~ao submetida (cid:18)a
UNIVERSIDADE DE TRA(cid:19)S-OS-MONTES E ALTO DOURO
para obten(cid:24)c~ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Electrot(cid:19)ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no
DR { 1 s(cid:19)erie{A, Decreto-Lei n.o 115/2013 de 7 de Agosto e no
Regulamento de Estudos Conducente ao Grau de Mestre da UTAD
DR, 2.a s(cid:19)erie { N.o 133 de 13 de Julho de 2016
Vila Real, Fevereiro de 2017

Orienta(cid:24)ca~o Cient(cid:19)(cid:16)(cid:12)ca :
Doutor Pedro Miguel Mestre Alves Silva
Professor Auxiliar do
Departamento de Engenharias da Escola de Ci^encias de Tecnologia
Universidade de Tr(cid:19)as-os-Montes e Alto Douro
Doutor Carlos Manuel Jos(cid:19)e Alves Ser^odio
Professor Associado com Agrega(cid:24)c~ao do
Departamento de Engenharias da Escola de Ci^encias de Tecnologia
Universidade de Tr(cid:19)as-os-Montes e Alto Douro
v

(cid:18)
A minha m~ae, ao meu pai e irm~ao.
vii

T(cid:19)ecnicas de Localiza(cid:24)ca~o em Ambientes Exteriores
Rui Manuel Gon(cid:24)calves Pinto
Submetido na Universidade de Tr(cid:19)as-os-Montes e Alto Douro
para o preenchimento dos requisitos parciais para obten(cid:24)c~ao do grau de
Mestre em Engenharia Electrot(cid:19)ecnica e de Computadores
Resumo | Nos u(cid:19)ltimos anos, tem-se veri(cid:12)cado que as t(cid:19)ecnicas de localiza(cid:24)ca~o mais
utilizadas globalmente, seja atrav(cid:19)es de equipamento especializado ou de um sim-
ples smartphone, s~ao baseadas em sat(cid:19)elite como o popular GPS (Global Positioning
System). No entanto, obter um elevado grau de precis~ao atrav(cid:19)es destes sistemas,
implica um enorme custo em equipamentos, que por sua vez poder~ao ter dimens~oes
relativamente elevadas, limitando a sua mobilidade, o que pode inviabilizar a sua
utiliza(cid:24)c~ao em diversas aplica(cid:24)co~es.
Estes sistemas de localiza(cid:24)ca~o baseados em sat(cid:19)elite, poder~ao ser utilizados, por exem-
plo, na localiza(cid:24)ca~o de diversos elementos/indiv(cid:19)(cid:16)duos em simulta^neo, tanto no se-
guimento de animais em sistemas de vedac(cid:24)~ao electr(cid:19)onica ou na monitoriza(cid:24)ca~o de
militares em miss~ao num cen(cid:19)ario de guerra ou treino. Tais ambientes de localiza(cid:24)ca~o
poder~ao ser baseados na localiza(cid:24)c~ao em Redes de Sensores sem Fio (Wireless Sensor
Networks - WSN), sendo esta uma rede composta por v(cid:19)arios n(cid:19)os equipados com
dispositivos com capacidade computacional e sensorial, que ir~ao cooperar entre si
para um determinado (cid:12)m que neste caso ser(cid:19)a a localiza(cid:24)c~ao de cada n(cid:19)o.
Para tal, resume-se o problema de localiza(cid:24)ca~o proposto, (cid:18)a localiza(cid:24)ca~o de diversos n(cid:19)os
de uma dada rede de sensores sem (cid:12)o, sabendo (cid:18)a partida algumas posi(cid:24)co~es absolutas
de alguns n(cid:19)os (obtidas atrav(cid:19)es de GPS ou outro tipo de sistema de localiza(cid:24)c~ao) e as
dist^ancias entre todos eles (obtidas por exemplo atrav(cid:19)es de RSS - Received Signal
Strength - dadas por dispositivos potencialmente mais baratos e pr(cid:19)aticos).
Apresentam-se diversas metodologias, t(cid:19)ecnicas e tecnologias de localiza(cid:24)ca~o que po-
der~ao servir de base a um sistema de localiza(cid:24)ca~o que satisfa(cid:24)ca o problema proposto,
focando tamb(cid:19)em os aspetos a ter em conta no seu desenvolvimento e implementa(cid:24)c~ao.
Tendo em conta a complexidade de gera(cid:24)ca~o de dados relativos a cen(cid:19)arios de loca-
liza(cid:24)c~ao deste tipo, prop~oe-se um sistema intuitivo e pr(cid:19)atico baseado na biblioteca
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JavaScript opensource de web-mapping OpenLayers, que permite gerar e simular
tais dados, tendo como objetivo principal o teste de algoritmos de localiza(cid:24)c~ao que
consigam satisfazer a necessidade de c(cid:19)alculo de posi(cid:24)ca~o absoluta de todos os n(cid:19)os de
uma dada rede.
(cid:19)
E proposto um algoritmo baseado em multilatera(cid:24)ca~o para o c(cid:19)alculo da localiza(cid:24)c~ao
neste tipo de cen(cid:19)arios, testado e optimizado, atrav(cid:19)es do sistema desenvolvido. Este,
alimentando-se de dados compostos por algumas posi(cid:24)co~es conhecidas e dist^ancias
relativas entre n(cid:19)os, calcula a localiza(cid:24)c~ao de toda a rede. Ap(cid:19)os a realiza(cid:24)ca~o de diver-
sos testes em ambientes controlados, variando restri(cid:24)c~oes como o nu(cid:19)mero de posi(cid:24)co~es
conhecidas (cid:18)a partida e o alcance a partir do qual um dado n(cid:19)o consegue ter in-
forma(cid:24)c~ao relativa aos seus vizinhos, veri(cid:12)caram-se taxas de sucesso no processo de
localiza(cid:24)ca~o satisfat(cid:19)orias e elevada precis~ao e exatid~ao por parte do algoritmo. Os
erros associados s~ao pr(cid:19)oximos de zero, resultantes das convers~oes de coordenadas e
arredondamentos.
Palavras Chave:WSN, Localiza(cid:24)c~ao baseada em WSN, Algoritmos de Calculo de
Localiza(cid:24)ca~o, OpenLayers.
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