A SON Enhanced Algorithm for Observed Time Differences Based Geolocation in Real 3G Networks

Conferência - 16th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC)- Jun 24-27, 2013

Improving accuracy for OTD based 3G geolocation in real urban/suburban environments

This paper presents the recent research results about the development of a Observed Time Difference (OTD) based geolocation algorithm based on network trace data, for a real Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Network. The initial results have been published in [1], the current paper focus on increasing the sample convergence rate, and introducing a new filtering approach based on a moving average spatial filter, to increase accuracy. Field tests have been carried out for two radio environments (urban and suburban) in the Lisbon area, Portugal. The new enhancements produced a geopositioning success rate of 47% and 31%, and a median accuracy of 151 m and 337 m, for the urban and suburban environments, respectively. The implemented filter produced a 16% and 20% increase on accuracy, when compared with the geopositioned raw data. The obtained results are rather promising in accuracy and geolocation success rate. OTD positioning smoothed by moving average spatial filtering reveals a strong approach for positioning trace extracted events, vital for boosting Self-Organizing Networks (SON) over a 3G network.

Average performance analysis of circular and hyperbolic geolocation

A comparative performance analysis of four geolocation methods in terms of their theoretical root mean square positioning errors is provided. Comparison is established in two different ways: strict and average. In the strict type, methods are examined for a particular geometric configuration of base stations(BSs) with respect to mobile position, which determines a givennoise profile affecting the respective time-of-arrival (TOA) or timedifference-of-arrival (TDOA) estimates. In the average type, methodsare evaluated in terms of the expected covariance matrix ofthe position error over an ensemble of random geometries, so thatcomparison is geometry independent. Exact semianalytical equationsand associated lower bounds (depending solely on the noiseprofile) are obtained for the average covariance matrix of the positionerror in terms of the so-called information matrix specific toeach geolocation method. Statistical channel models inferred fromfield trials are used to define realistic prior probabilities for therandom geometries. A final evaluation provides extensive resultsrelating the expected position error to channel model parametersand the number of base stations.

Combining stable isotope analyses and geolocation to reveal kittiwake migration

Determining migratory strategies of seabirds is still a major challenge due to their relative inaccessibility. Small geolocators are improving this knowledge, but not all birds can be tracked. Stable isotope ratios in feathers can help us to understand migration, but we still have insufficient baseline knowledge for linking feather signatures to movements amongst distinct water masses. To understand the migration strategies of kittiwakes Rissa tridactyla and the link between stable isotopes in feathers and the areas in which these were grown, we tracked 6 kittiwakes from Hornøya, Norway, with light level geolocators over 1 yr. Then we analysed the stable isotopes of carbon and nitrogen in their 1st and 7th primary feathers as well as in the 1st, 3rd, 5th, 7th and 10th primaries of 12 birds found freshly dead in the same breeding colony. After breeding, all tracked birds moved east of the Svalbard Archipelago and subsequently migrated to the Labrador Sea. Thereafter, birds showed individual variation in migration strategies: 3 travelled to the NE Atlantic, whereas the others remained in the Labrador Sea until the end of the wintering period. Changes in stable isotope signatures from the 1st to the 10th primary feathers corresponded well to the sequence of movements during migration and the area in which we inferred that each feather was grown. Thus, by combining information on moult patterns and tracking data, we demonstrate that stable isotope analysis of feathers can be used to trace migratory movements of seabirds.

Exploring geolocation governance perspectives through the study of appropriation and collective action.

Ce mémoire de maîtrise a été rédigé dans l’objectif d’explorer une inégalité. Une inégalité dans les pratiques liées à la saisie et l’exploitation des données utilisateur dans la sphère des technologies et services Web, plus particulièrement dans la sphère des GIS (Geographic Information Systems). En 2014, de nombreuses entreprises exploitent les données de leurs utilisateurs afin d’améliorer leurs services ou générer du revenu publicitaire. Du côté de la sphère publique et gouvernementale, ce changement n’a pas été effectué. Ainsi, les gouvernements fédéraux et municipaux sont démunis de données qui permettraient d’améliorer les infrastructures et services publics. Des villes à travers le monde essayent d’améliorer leurs services et de devenir « intelligentes » mais sont dépourvues de ressources et de savoir faire pour assurer une transition respectueuse de la vie privée et des souhaits des citadins. Comment une ville peut-elle créer des jeux de données géo-référencés sans enfreindre les droits des citadins ? Dans l’objectif de répondre à ces interrogations, nous avons réalisé une étude comparative entre l’utilisation d’OpenStreetMap (OSM) et de Google Maps (GM). Grâce à une série d’entretiens avec des utilisateurs de GM et d’OSM, nous avons pu comprendre les significations et les valeurs d’usages de ces deux plateformes. Une analyse mobilisant les concepts de l’appropriation, de l’action collective et des perspectives critiques variées nous a permis d’analyser nos données d’entretiens pour comprendre les enjeux et problèmes derrière l’utilisation de technologies de géolocalisation, ainsi que ceux liés à la contribution des utilisateurs à ces GIS. Suite à cette analyse, la compréhension de la contribution et de l’utilisation de ces services a été recontextualisée pour explorer les moyens potentiels que les villes ont d’utiliser les technologies de géolocalisation afin d’améliorer leurs infrastructures publiques en respectant leurs citoyens.

Improving the passive doppler geolocation system through extension of the data reception network

O objetivo deste trabalho e apresentar uma investigação preliminar da precisão nos resultados do sistema de localização geográfica de transmissores desenvolvido utilizando o software da rede brasileira de coleta de dados. Um conjunto de medidas de desvio Doppler de uma única passagem do satélite, considerando uma Plataforma de Coleta de Dados (PCD) e uma rede de estações de recepção terrestrês, e denominado uma rede de recepção de dados. Assim, a rede brasileira de coleta de dados com o uso de múltiplas estações de recepção permitira o incremento na quantidade de dados coletados com consequente melhora na precisão e na confiabilidade das localizações fornecidas. Consequentemente uma maior quantidade de localizações válidas e mais precisas. Os resultados e análises foram obtidos sob duas condições: na primeira foi considerada uma condição prática com dados reais e dados ideais simulados, para comparar os resultados considerando a mesma passagem do satélite, transmissor e duas estações de recepção conhecidas; na segunda foram consideradas as condições ideais simuladas a partir de medidas de um transmissor fixo, três estações de recepção e dois satélites. Os resultados utilizando a rede de recepção de dados foram bastante satisfatórios. O estudo realizado mostrou a importãncia da instalação de novas estações de recepção terrenas distribuídas no territorio nacional, para um aumento na quantidade de medidas e consequentemente uma maior quantidade de localizações válidas e mais precisas.

System supporting public transport based on geolocation

El propósito de este proyecto de fin de Grado es el estudio y desarrollo de una aplicación basada en Android que proporcionará soporte y atención a los servicios de transporte público existentes en Cracovia, Polonia. La principal funcionalidad del sistema será consultar la posición de un determinado autobús o tranvía y mostrar su ubicación con exactitud. Para lograr esto, necesitaremos tres fases de desarrollo. En primer lugar, deberemos implementar un sistema que obtenga las coordenadas geográficas de los vehículos de transporte público en cada instante. A continuación, tendremos que registrar todos estos datos y almacenarlos en una base de datos en un servidor web. Por último, desarrollaremos un sistema cliente que realice consultas a tiempo real sobre estos datos almacenados, obteniendo la posición para una línea determinada y mostrando su ubicación con un marcador en el mapa. Para hacer el seguimiento de los vehículos, sería necesario tener acceso a una API pública que nos proporcionase la posición registrada por los GPS que integran cada uno de ellos. Como esta API no existe actualmente para los servicios de autobús, y para los tranvías es de uso meramente privado, desarrollaremos una segunda aplicación en Android que hará las funciones del lado servidor. En ella podremos elegir mediante una simple interfaz el número de línea y un código específico que identificará a cada vehículo en particular (e.g. podemos tener 6 tranvías recorriendo la red al mismo tiempo para la línea 24). Esta aplicación obtendrá las coordenadas geográficas del teléfono móvil, lo cual incluye latitud, longitud y orientación a través del proveedor GPS. De este modo, podremos realizar una simulación de como el sistema funcionará a tiempo real utilizando la aplicación servidora desde dentro de un tranvía o autobús y, al mismo tiempo, utilizando la aplicación cliente haciendo peticiones para mostrar la información de dicho tranvía. El cliente, además, podrá consultar la ruta de cualquier línea sin necesidad de tener acceso a Internet. Almacenaremos las rutas y paradas de cada línea en la memoria del teléfono móvil utilizando ficheros XML debido al poco espacio que ocupan y a lo útil que resulta poder consultar un trayecto en cualquier momento, independientemente del acceso a la red. El usuario también podrá consultar las tablas de horarios oficiales para cada línea. Aunque en este caso si será necesaria una conexión a Internet debido a que se realizará a través de la web oficial de MPK. Para almacenar todas las coordenadas de cada vehículo en cada instante necesitaremos crear una base de datos en un servidor. Esto se resolverá mediante el uso de MYSQL y PHP. Se enviarán peticiones de tipo GET y POST a los servicios PHP que se encargarán de traducir y realizar la consulta correspondiente a la base de datos MYSQL. Por último, gracias a todos los datos recogidos relativos a la posición de los vehículos de transporte público, podremos realizar algunas tareas de análisis. Comparando la hora exacta a la que los vehículos pasaron por cada parada y la hora a la que deberían haber pasado según los horarios oficiales, podremos descubrir fallos en estos. Seremos capaces de determinar si es un error puntual debido a factores externos (atascos, averías,…) o si por el contrario, es algo que ocurre muy a menudo y se debería corregir el horario oficial. ABSTRACT The aim of this final Project (for University) is to develop an Android application thatwill provide support and feedback to the public transport services in Krakow. The main functionality of the system will be to track the position of a desired bus or tram line, and display its position on the map. To achieve this, we will need 3 stages: the first one will be to implement a system that sends the geographical position of the public transport vehicles, the second one will be to collect this data in a web server, and the last one will be to get the last location registered for the desired line and display it on the map. For tracking the vehicles, we would need to have access to a public API that should be connected with each bus/tram GPS. As this doesn’t exist in Krakow or at least is not available for public use, we will develop a second android application that will do the server side job. We will be able to choose in a simple interface the line number and a code letter to identify each vehicle (e.g. we can have 6 trams that belong to the line number 24 working at the same time). It will take the current mobile geolocation; this includes getting latitude, longitude and bearing from the GPS provider. Thus, we will be able to make a simulation of how the system works in real time by using the server app inside a tram and at the same time, using the client app and making requests to display the information of that tram. The client will also be able to check the path of the desired line without internet access. We will store the path and stops for each line locally in the phone memory using xml files due to the few requirements of available space it needs and the usefulness of checking a path when needed. This app will also offer the functionality of checking the timetable for the line, but in this case, it will link to the official Mpk website, so Internet access will be required. For storing all the coordinates for each vehicle at every moment we will need to create a database on a server. We have decided that the easiest way is to use Mysql and PHP for the deployment of the service. We will send GET and POST requests to the php files and those files will make the according queries to our database. Finally, based on all the collected data, we will be able to get some information about errors in the system of public transport timetables. We will check at what time a line was in each specific stop and compare it with the official timetable to find mistakes of time. We will determine if it is something that happens occasionally and related to external factors (e.g. traffic jams, breakdowns…) or if on the other hand, it is something that happens very often and the public transport timetables should be looked over and corrected.

Aladdin's Magic Lamp: Developing Methods for Calibration and Geolocation Accuracy Assessment of the DMSP OLS

Nighttime satellite imagery from the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS) has a unique capability to observe nocturnal light emissions from sources including cities, wild fires, and gas flares. Data from the DMSP OLS is used in a wide range of studies including mapping urban areas, estimating informal economies, and estimating urban populations. Given the extensive and increasing list of applications a repeatable method for assessing geolocation accuracy, performing inter-calibration, and defining the minimum detectable brightness would be beneficial. An array of portable lights was designed and taken to multiple field sites known to have no other light sources. The lights were operated during nighttime overpasses by the DMSP OLS and observed in the imagery. A first estimate of the minimum detectable brightness is presented based on the field experiments conducted. An assessment of the geolocation accuracy was performed by measuring the distance between the GPS measured location of the lights and the observed location in the imagery. A systematic shift was observed and the mean distance was measured at 2.9km. A method for in situ radiance calibration of the DMSP OLS using a ground based light source as an active target is presented. The wattage of light used by the active target strongly correlates with the signal measured by the DMSP OLS. This approach can be used to enhance our ability to make inter-temporal and inter-satellite comparisons of DMSP OLS imagery. Exploring the possibility of establishing a permanent active target for the calibration of nocturnal imaging systems is recommended. The methods used to assess the minimum detectable brightness, assess the geolocation accuracy, and build inter-calibration models lay the ground work for assessing the energy expended on light emitted into the sky at night. An estimate of the total energy consumed to light the night sky globally is presented.

State-space modelling of geolocation data reveals sex differences in the use of management areas by breeding northern fulmars

We thank Orkney Islands Council for access to Eynhallow and Talisman Energy (UK) Ltd and Marine Scotland for fieldwork and equipment support. Handling and tagging of fulmars was conducted under licences from the British Trust for Ornithology and the UK Home Office. EE was funded by a Marine Alliance for Science and Technology for Scotland/University of Aberdeen College of Life Sciences and Medicine studentship and LQ was supported by a NERC Studentship. Thanks also to the many colleagues who assisted with fieldwork during the project, and to Helen Bailey and Arliss Winship for advice on implementing the state-space model.

State-space modelling of geolocation data reveals sex differences in the use of management areas by breeding northern fulmars

We thank Orkney Islands Council for access to Eynhallow and Talisman Energy (UK) Ltd and Marine Scotland for fieldwork and equipment support. Handling and tagging of fulmars was conducted under licences from the British Trust for Ornithology and the UK Home Office. EE was funded by a Marine Alliance for Science and Technology for Scotland/University of Aberdeen College of Life Sciences and Medicine studentship and LQ was supported by a NERC Studentship. Thanks also to the many colleagues who assisted with fieldwork during the project, and to Helen Bailey and Arliss Winship for advice on implementing the state-space model.

Semi-parametric geolocation estimation in NLOS environments

The position of a stationary target can be determined using triangulation in combination with time of arrival measurements at several sensors. In urban environments, none-line-of-sight (NLOS) propagation leads to biased time estimation and thus to inaccurate position estimates. Here, a semi-parametric approach is proposed to mitigate the effects of NLOS propagation. The degree of contamination by NLOS components in the observations, which result in asymmetric noise statistics, is determined and incorporated into the estimator. The proposed method is adequate for environments where the NLOS error plays a dominant role and outperforms previous approaches that assume a symmetric noise statistic.

Sistema pericial para suporte à decisão na alocação de recursos de emergência

O panorama atual da emergência e socorro de primeira linha em Portugal, carateriza-se por uma grande aposta ao longo dos últimos anos num incremento contínuo da qualidade e da eficiência que estes serviços prestam às populações locais. Com vista à prossecução do objetivo de melhoria contínua dos serviços, foram realizados ao longo dos últimos anos investimentos avultados ao nível dos recursos técnicos e ao nível da contratação e formação de recursos humanos altamente qualificados. Atualmente as instituições que prestam socorro e emergência de primeira linha estão bem dotadas ao nível físico e ao nível humano dos recursos necessários para fazerem face aos mais diversos tipos de ocorrências. Contudo, ao nível dos sistemas de informação de apoio à emergência e socorro de primeira linha, verifica-se uma inadequação (e por vezes inexistência) de sistemas informáticos capazes de suportar convenientemente o atual contexto de exigência e complexidade da emergência e socorro. Foi feita ao longo dos últimos anos, uma forte aposta na melhoria dos recursos físicos e dos recursos humanos encarregues da resposta àsemergência de primeira linha, mas descurou-se a área da gestão e análise da informação sobre as ocorrências, assim como, o delinear de possíveis estratégias de prevenção que uma análise sistematizada da informação sobre as ocorrências possibilita. Nas instituições de emergência e socorro de primeira linha em Portugal (bombeiros, proteção civil municipal, PSP, GNR, polícia municipal), prevalecem ainda hoje os sistemas informáticos apenas para o registo das ocorrências à posteriori e a total inexistência de sistemas de registo de informação e de apoio à decisão na alocação de recursos que operem em tempo real. A generalidade dos sistemas informáticos atualmente existentes nas instituições são unicamente de sistemas de backoffice, que não aproveitam a todas as potencialidades da informação operacional neles armazenada. Verificou-se também, que a geo-localização por via informática dos recursos físicos e de pontos de interesse relevantes em situações críticas é inexistente a este nível. Neste contexto, consideramos ser possível e importante alinhar o nível dos sistemas informáticos das instituições encarregues da emergência e socorro de primeira linha, com o nível dos recursos físicos e humanos que já dispõem atualmente. Dado que a emergência e socorro de primeira linha é um domínio claramente elegível para a aplicação de tecnologias provenientes dos domínios da inteligência artificial (nomeadamente sistemas periciais para apoio à decisão) e da geo-localização, decidimos no âmbito desta tese desenvolver um sistema informático capaz de colmatar muitas das lacunas por nós identificadas ao nível dos sistemas informáticos destas instituições. Pretendemos colocar as suas plataformas informáticas num nível similar ao dos seus recursos físicos e humanos. Assim, foram por nós identificadas duas áreas chave onde a implementação de sistemas informáticos adequados às reais necessidades das instituições podem ter um impacto muito proporcionar uma melhor gestão e otimização dos recursos físicos e humanos. As duas áreas chave por nós identificadas são o suporte à decisão na alocação dos recursos físicos e a geolocalização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse. Procurando fornecer uma resposta válida e adequada a estas duas necessidades prementes, foi desenvolvido no âmbito desta tese o sistema CRITICAL DECISIONS. O sistema CRITICAL DECISIONS incorpora um conjunto de funcionalidades típicas de um sistema pericial, para o apoio na decisão de alocação de recursos físicos às ocorrências. A inferência automática dos recursos físicos, assenta num conjunto de regra de inferência armazenadas numa base de conhecimento, em constante crescimento e atualização, com base nas respostas bem sucedidas a ocorrências passadas. Para suprimir as carências aos nível da geo-localização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse, o sistema CRITICAL DECISIONS incorpora também um conjunto de funcionalidades de geo-localização. Estas permitem a geo-localização de todos os recursos físicos da instituição, a geo-localização dos locais e as áreas das várias ocorrências, assim como, dos vários tipos de pontos de interesse. O sistema CRITICAL DECISIONS visa ainda suprimir um conjunto de outras carências por nós identificadas, ao nível da gestão documental (planos de emergência, plantas dos edifícios) , da comunicação, da partilha de informação entre as instituições de socorro e emergência locais, da contabilização dos tempos de serviço, entre outros. O sistema CRITICAL DECISIONS é o culminar de um esforço colaborativo e contínuo com várias instituições, responsáveis pela emergência e socorro de primeira linha a nível local. Esperamos com o sistema CRITICAL DECISIONS, dotar estas instituições de uma plataforma informática atual, inovadora, evolutiva, com baixos custos de implementação e de operação, capaz de proporcionar melhorias contínuas e significativas ao nível da qualidade da resposta às ocorrências, das capacidades de prevenção e de uma melhor otimização de todos os tipos de recursos que têm ao dispor.

Taxonomy of fundamental concepts of localization in cyber-physical and sensor networks

Localization is a fundamental task in Cyber-Physical Systems (CPS), where data is tightly coupled with the environment and the location where it is generated. The research literature on localization has reached a critical mass, and several surveys have also emerged. This review paper contributes on the state-of-the-art with the proposal of a new and holistic taxonomy of the fundamental concepts of localization in CPS, based on a comprehensive analysis of previous research works and surveys. The main objective is to pave the way towards a deep understanding of the main localization techniques, and unify their descriptions. Furthermore, this review paper provides a complete overview on the most relevant localization and geolocation techniques. Also, we present the most important metrics for measuring the accuracy of localization approaches, which is meant to be the gap between the real location and its estimate. Finally, we present open issues and research challenges pertaining to localization. We believe that this review paper will represent an important and complete reference of localization techniques in CPS for researchers and practitioners and will provide them with an added value as compared to previous surveys.

Sistema localizador interior de baixo custo

Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Geocaching como ferramenta de Marketing Digital

O Geocaching é um jogo, criado pela Groundspeak, que consiste em esconder e encontrar objetos geolocalizados conhecidos como geocaches. A busca das geocaches é na realidade uma aventura que promove a vivência de novas experiências, o convívio entre utilizadores, a descoberta de novos espaços na natureza, a realização de jogos em tempo e cenário real, entre outros. Existem geocaches espalhadas por todo o mundo e milhares de utilizadores estão já registados no jogo. Além de passatempo, o Geocaching consegue ser uma ferramenta de marketing digital, quer para a própria Groundspeak, mas também para diferentes empresas/instituições por todo o mundo normalmente associadas à localização das geocaches. A Groundspeak é, naturalmente, a mais beneficiada uma vez que, praticamente sem investir em publicidade, conseguiu que o jogo tenha cada vez mais adeptos. A sua divulgação é essencialmente feita pelos próprios utilizadores, quer através da comunicação direta com um não utilizador, quer através de redes sociais, de eventos organizados, mas também através de outras empresas que desenvolveram aplicações com funcionalidades extra que permitem ao utilizador uma melhor experiência. O objetivo desta dissertação foi o de demonstrar como é que o Geocaching pode ser usado como uma ferramenta de Marketing Digital. Inicialmente, foi analisada a questão do Marketing Digital e das suas ferramentas, focando o Geocaching e a sua dimensão no mundo, explicando os diferentes tipos de caches e de que forma as mesmas podem ser utilizadas como ferramentas de marketing. Como elemento de validação, foi concebida, desenvolvida e validada uma wherigo (um tipo de geocache), que consiste num jogo virtual onde o progresso do jogador depende das tarefas realizadas e da sua movimentação geolocalizada. A wherigo criada no âmbito do projeto é um meio de marketing digital, de divulgação do Castelo de Santa Maria da Feira, realizada de uma forma interativa e divertida, através de questionários, desafios e fantasia. O jogo incita a percorrer os jardins que rodeiam o Castelo bem como o interior do mesmo e permite ainda o acesso dos jogadores ao Castelo com desconto de geocacher na aquisição do ingresso. Os objetivos propostos inicialmente foram completamente cumpridos, sendo que o jogo já se encontra disponível para ser jogado por geocachers e foi por eles avaliado muito positivamente.