Localizarea utilizatorului prin prelucrarea contextului ...

Revista Rom?n de Interaciune Om-Calculator 8 (2) 2015, 79-100

? MatrixRom

Localizarea utilizatorului prin prelucrarea contextului spaial

Vlad Doru Colceriu, Victor B?cu, Teodor tefnu, Dorian Gorgan

Departamentul Calculatoare, Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca Str. G. Bariiu, Nr. 28, 400027, Cluj-Napoca E-mail: {vlad.colceriu, victor.bacu, teodor.stefanut, dorian.gorgan}@cs.utcluj.ro

Rezumat. Aceast lucrare prezint un studiu de caz i o soluie propus pentru un sistem de localizare a trenurilor, proiectat s satisfac cerinele de siguran specifice domeniului feroviar i limitrile impuse unui sistem constr?ns la linii regionale cu trafic redus. Fluxuri de informaii i date sunt folosite pentru stabilirea unui context global de localizare a trenurilor ?n cadrul unei platforme software feroviare. Localizarea trenurilor este bazat pe senzori GNSS (Global Navigation Satellite System) i ineriali de tip MEMS (Microelectromechanical Systems) integrai ?n dispozitive mobile comerciale, cum ar fi tablete PC i telefoane mobile. Cerinele de integritate a unei astfel de soluii, ?n care sigurana vieii este motivul principal al localizrii, sunt foarte importante. Pentru satisfacerea cerinelor de localizare soluia curent ?i propune externalizarea parial spre public (crowd outsourcing), a localizrii i a unor servicii tradiional oferite de conductor, prin folosirea dispozitivelor deinute de acesta ca surse de date. ?n lucrare sunt analizate dificultile legate de stocarea, comunicarea, procesarea i reprezentarea datelor pe ?ntreg parcursul fluxului de procesare.

Cuvinte cheie: Flux de date, crowd outsourcing, sistem feroviar, localizare, senzori.

1. Introducere

Localizarea corect a echipamentelor i implicit a utilizatorilor poate avea un impact important ?n prezentarea unor informaii dependente de locaie, cum ar fi magazinele din apropiere, dar care nu creeaz dificulti sau restricii ?n acurateea i disponibilitatea locaiei, dat fiind natura lor de asistare.

O soluie bazat pe un singur senzor GNSS nu poate oferi o precizie i disponibilitate suficient (Tiberius, 2004) datorit erorilor de localizare introduse de ctre calitatea mesajului transmis de sateliii de poziionare, poteniale surse de bruiaj voluntare i involuntare (De Bakker et al, 2006), interferen multidirecional i degradare a puterii semnalului.

80

Vlad Doru Colceriu, Victor B?cu, Teodor tefnu, Dorian Gorgan

Odat ce se adaug ?n ecuaie informaii de care depinde sigurana vieii, cum ar fi cazul aplicaiilor feroviare, acurateea localizrii devine foarte important. Mai ales ?n contextul ?n care pot exista dou ci ferate la o distan de doi metri una fa de cealalt (Pachl et al, 2013), ci care pot deservi dou trenuri cu direcii opuse. Astfel, pentru a putea evita potenialele coliziuni, un sistem de localizare ar avea nevoie s poat distinge ?ntre cele dou direcii, ceea ce implic o acuratee mult peste ce poate oferi o soluie comercial (Tiberius, 2004).

O alt problem apare ?n detectarea direciei ?n care un tren parcurge un macaz, care poate stabili corectitudinea traseului parcurs de ctre acesta i, poate ajuta la selectarea liniei ?ntr-o configuraie cu mai multe ci. Detectarea integritii unui tren cu mai multe vagoane este o alt cerin important ?n stabilirea eliberrii blocurilor de trafic (Pachl et al, 2013), pentru verificarea cazului c nici o poriune din tren nu s-a decuplat de la locomotiv i, c orice tren care ?l va urma va avea o cale liber.

?n domeniul feroviar aceste probleme s-au rezolvat ?n mare parte folosind echipamente plasate pe calea ferat cum ar fi balize, circuite electrice, inductive, radio i echipamente de numrare a osiilor vagoanelor. Aceste soluii sunt implementate ?n aplicaii feroviare cum ar fi PZB (sistemul punctiform de control a trenurilor) i implementarea sa Indusi sau LZB (sistemul continuu de control al trenurilor), (Pachl et al, 2013). ?ntr-un efort de standardizare Agenia European a Cilor Ferate (ERA) a propus ?nc din 1992 o norm de compatibilitate i interoperabilitate denumit generic ETCS (European Train Control System), (ETCS, 2012).

Toate aceste soluii dei ofer un grad ridicat de siguran i securitate, au un cost financiar ridicat de instalare i meninere, fiind totodat greu de protejat ?mpotriva unor acte de vandalism. Astfel, ele devin economic nefezabile pentru linii regionale cu o densitate redus a traficului, de 10-20 de trenuri pe zi. Pentru a veni ?n ajutorul operatorilor unor astfel de linii ERA a propus o variant cu un cost redus a standardului ETCS numit ERTMS Regional (ERTMS, 2006).

Introducerea conceptului de mobilitate ?n aplicaiile feroviare este un domeniu relativ nou i neexplorat. Toate aplicaiile prezentate ?n lucrri cum ar fi (Barbu et al, 2014), (TrainGuard, 2007) sau (ERA, 2012), sunt platforme specializate integrate ?n sistemul electronic din cabina trenului.

Externalizarea serviciilor spre utilizatorii unor dispozitive mobile cum ar fi calculatoare portabile, PDA, telefoane sau tablete, care ar putea fi folosite pentru colectarea datelor continue, introduce o serie de probleme specifice

Localizarea utilizatorului prin prelucrarea contextului spaial

81

dispozitivelor mobile, cum ar fi durata bateriei sau cicluri procesor folosite (Lu et al, 2010). Aceste dou variabile se afl ?n str?ns interdependen una fa de alta dat fiind faptul c cel mai mare consumator de energie este procesorul dispozitivului.

Utilitatea i eficiena unor astfel de dispozitive este greu de estimat apriori dat fiind faptul c funcionalitatea unei astfel de aplicaii depinde de gradul de adoptare ?n cadrul mulimii utilizatorilor vizai (Zimmerman et al, 2011). Procesul de iniializare devine un moment critic din ciclul de via al unei aplicaii cu funcionaliti expuse ctre utilizatorii si, astfel c datele sau rspunsurile implicite pot fi de mare utilitate, ?n lipsa unor informaii concrete (Zimmerman et al, 2011).

Stabilirea funcionalitii potrivite pentru fiecare categorie de utilizatori depinde ?n mare parte de succesul i rezultatele experimentale ale unor proiecte pilot, care s releve informaii despre modurile ?n care aplicaia este folosit i despre predispoziia utilizatorilor de a participa, fie activi sau pasivi la generarea datelor (Reddy et al, 2010), (Luther et al, 2009) i (Zimmerman et al, 2011).

Odat colectate datele de la utilizatori apare problema stocrii lor, deoarece datorit continuitii ?n preluare, aceste date au un caracter masiv. Inserarea, interogarea i uniformitatea reprezentrii datelor sunt factori, ce ?ncep s c?ntreasc ?n alegerea unei platforme de stocare. Ca urmare paii de indexare i regsire a datelor sunt cei care afecteaz direct reactivitatea sistemului (Baumann et al, 2010), reduc?nd din eficiena folosirii aplicaiei.

Limitarea grupului de utilizatori doar la tipul clienilor finali ai aplicaiei reduce mult din utilitatea ei. De exemplu, cercettorii implicai ?n dezvoltarea algoritmilor de localizare, trebuie consultai ?n ce privete modul de reprezentare a datelor, a cror principali beneficiari sunt (Luther et al, 2009).

Articolul de fa ?i propune s prezinte un studiu de caz cu privire la contextul spaial al utilizatorului unui sistem mobil distribuit, sensibil la mediu i, capabil s localizeze trenurile ?ntr-un mod suficient de precis, astfel ?nc?t s se poat distinge locaia pe ine. ?n acelai timp se analizeaz posibilitatea de a externaliza localizarea spre publicul cltor, iar ?n final se discut conceptul unei arhitecturi distribuite, capabile s satisfac cerinele de utilizabilitate i localizare.

Distribuirea sistemului conduce la o realitate care este perceput ?ntr-un mod parial de ctre nodurile individuale ale platformei, fluxul de informaii de la utilizatori spre nodul central are o importan aparte ?n recompunerea

82

Vlad Doru Colceriu, Victor B?cu, Teodor tefnu, Dorian Gorgan

strii momentane capturate. Astfel c interaciunea dintre utilizator i sistem impune constr?ngeri adiionale de funcionalitate i moralitate ?n folosirea datelor. Aceste constr?ngeri permit sistemului s ating o mas critic de utilizatori, pentru a oferi o poziionare ?mbuntit corespunztoare unui procent suficient de mare de cltori.

?n ceea ce urmeaz se vor prezenta alte realizri ?n domeniul feroviar, al externalizrii spre utilizator i a vizualizrii datelor. Un studiu calitativ al procedurilor folosite ?n dou companii de transport feroviar este prezentat ?n seciunea 3. Sunt analizate oportunitile de ?mbuntire a interaciunii interfeei om-main, definirea unui profil utilizator, precum i identificarea cazurilor de utilizare specifice fiecrei categorii de utilizatori. Seciunea 4 descrie starea cinematic a utilizatorului i posibilitile de combinare pentru a obine un context de localizare. Seciunea 5 prezint o arhitectur conceptual a platformei de localizare, subliniind tehnologiile i tehnicile folosite pentru dezvoltarea algoritmilor de localizare.

2. Alte realizri

O serie de aplicaii existente i-au pus problema localizrii eficiente, din punct de vedere al costului, astfel ?nc?t s fie operabile i pe linii cu un trafic redus.

Prima dintre aceste aplicaii este Satloc (Barbu et al, 2014), o soluie implementat de ctre un consoriu format din 11 membri condus de UIC (International Union of Railways), pe un traseu de 24 km ?ntre Braov i Zrneti, ?n Rom?nia. Sistemul este restricionat la linii singulare ?n afara grilor, folosind un sistem de localizare bazat pe GPS (Global Positioning System) i, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) (Chen et al, 2003) pentru corectarea datelor de localizare. Adiional acest sistem mai folosete informaii de odometrie pentru validarea datelor GPS i evitarea micrii false generate de o poziionare imprecis. Acurateea localizrii atins cu aceast soluie este de 3 m, av?nd o disponibilitate testat de peste 99%. Singurele balize plasate pe terasamentul cii ferate sunt ?n gri, unde pot exista mai multe ine plasate paralel la o distan mai mic dec?t rezoluia senzorului de localizare.

Trainguard STC (2007) este un sistem asemntor de localizare implementat de Siemens, ?n care principala diferen este lipsa de suport

Localizarea utilizatorului prin prelucrarea contextului spaial

83

pentru corecii EGNOS i, existena balizelor de localizare ?n afara grilor, ceea ce implic un cost suplimentar ?n instalare i ?ntreinere.

Aceste aplicaii de monitorizare i gestionare a micrii trenurilor implic o simbioz ?ntre metodologia de operare intern a companiilor de cale ferat i tehnicile de interaciune folosite. Determinarea unui profil utilizator pentru o astfel de aplicaie este important dup cum o demonstreaz studiul (Lorenz, 2009) ?n care este prezentat metodologia de operare a companiei Harzer Schmalspur-bahnen.

Folosirea amprentelor GPS ale publicului cltor nu este o idee nou, lucrarea (Zimmerman et al, 2011) prezint o soluie de detectare a timpilor de sosire a autobuzelor ?n staii. Timpul de sosire este dedus prin localizarea autobuzului pe ruta sa.

Datorit similaritilor dintre domeniul transportului public feroviar i cel rutier, un studiu conex (Ferris et al, 2010) prezint beneficiile unei aplicaii de monitorizare dinamic a timpilor de sosire ?n staie a autobuzelor din zona metropolitan a oraului Seattle. Nivelul de mulumire a publicului cltor a crescut ca urmare a expunerii acestor informaii.

Aplicaiile de tip crowd sourcing acoper un domeniu larg de cercetare, de la optimizarea folosirii bateriei (Lu et al, 2010), la tehnici de angajare i includere a utilizatorului ?n procesul de creare (Luther et al, 2009), p?n la metode de prelucrare (Brouwers et al, 2012) i, afiare a cunotinelor (Reddy et al, 2010), (Aiordchioaie et al, 2010).

Pogo (Brouwers et al, 2012) este un sistem de externalizare ctre populaie, care se concentreaz pe distribuirea de experimente dezvoltate de cercettori ctre publicul larg, pentru a obine un transfer mai mic prin reea. Dezavantajul principal al unui astfel de sistem este limitarea contextului experimentelor la unul local.

Procesarea datelor colectate continuu cu ajutorul senzorilor de micare, cum ar fi senzorul de acceleraie i orientare, pot introduce costuri nejustificat de mari pentru o astfel de aplicaie. Jigsaw (Lu et al 2010), un sistem de extragere a fluxurilor de date, propune un sistem de filtrare i limitare a colectrii datelor bazat pe tipuri de comportament, astfel ?nc?t datele colectate s fie rezistente la zgomotul introdus de activitile umane i de nivelul energiei electrice consumate.

Pathfinder (Luther et al, 2009) propune o aplicaie orientat spre colectarea i interpretarea datelor de ctre utilizatori prin partajarea datelor colectate cu ajutorul dispozitivului mobil. Datele nu sunt limitate la anumii senzori ci pot fi de orice tip.

 ................
................

In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.

Google Online Preview   Download