Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/13216
Title: Acil Durumlarda Mobil Terminalin Konumunun Bulunması
Other Titles: Localization Of Mobile Terminal In Emergency Situations
Authors: Akduman, İbrahim
Dizdaroğlu, Ezgi
10100854
Elektronik ve Haberleşme Mühendisligi
Electronic and Communication Engineering
Keywords: Lokalizasyon
Coğrafi Konum
Konum Saptama
Mobilite Modeli
Üçgenleme
Konum Kestirimi
Mobilite
Yol Kaybı Katsayısı
Localization
Geolocation
Location Determination
Mobility Model
Triangulation
Location Estimation
Mobility
Path Loss Exponent
Issue Date: 8-Feb-2016
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: İnsanlar kayboldukları zaman yollarını bulmak ve belirli bir rotada gidebilmek için değişik yöntemleri kullanırlar. Eski zamanlardan beri varolan araştırma merakı sayesinde insanlar uzaklara gitmiş ve gittiği yerleri keşfetmek ve geri dönüş yolunu bulmak için değişik yöntemler kullanmıştır. İlk zamanlarda gökyüzündeki yıldızları, çevredeki ağaçları, taşları gibi yer ve yönlerini bulmak için kullanılırken, sonradan gelişen teknolojiyle birlikte çeşitli yöntemler ve sistemler geliştirilmiştir. Bu yeni sistemler cisimlerin, binaların, cihazların veya insanların konumunun bulunmasında kulanılabilmektedir. Bu sistemler bina içi ve bina dışı olarak ikiye ayrılır. Çeşit ve amacına göre radyo dalagaları, kızılötesi ışınlar, sesötesi dalgalar, manyetik alanlar veya ses sinyallerini kullanabilirler. Bina dışında konum belirleyen sistemler, arananın bulunduğu alanın nasıl bir ortam olduğuna göre farklı çalışır. Yüksek binaların olduğu ortamda konum belirlemekle, ormanda konum belirleme ya da köy gibi seyrek yerleşim olan yerlerde konum belirleme kullanılan sistemlerin yöntem ve tekniği farklı olur. Bir diğer konu da veri toplayacak sistemlerin sayısı ve çalışma şelidir. Bina içindeki sistemlerde aranan cismi bulmak zordur, bu nedenle alanın genişliğine göre çok sayıda veri alıcı gerekir. Dışarıda kullanılan en yaygın sistem olan GPS'te konumunu arayan cihazın üç tane uydu ile arasında engel olmadan haberleşiyor olması yeterlidir. Engelsiz haberleşirken GPS iyi bir sistemken, kalabalık bir alanda uydu haberleşmesinin zayıf olduğu yerde GPS yetersiz kalacaktır. Her yöntemin avantajları ve dezavantajları olduğu için farklı durumlar için doğru sistemin seçilmesi gerekir. Mevcut konum belirleme sistemleri temel olarak 3 tekniğe dayanmaktadır. Bunlar literatürde "triangulation", "scene analysis" ve "proximity" olarak geçmektedir. Bu teknikler kullanılan sistemlerde tek başına ya da bir arada olabilmektedir. "Scene analysis" tekniği ile önceki durum karşılaştırması ile yeni objeler ve ortamdaki değişiklikler bulunabilir ya da aynı zamanda farklı noktalardan toplanan bilgi ile gözlemci ile ilgili bilgilere ulaşılabilmektedir. "Proximity" tekniği ise yakındaki cisimleri bulmayı sağlar. Bizim de kullandığımız sistemde olduğu gibi mevcut pek çok sistem ise "triangulation" kullanmaktadır. Bu teknik iki ya da üç ayrı noktanın aranan cismin olabileceği yere uzaklığından ya da yönünden faydalanma esasına dayanır. "Triangulation" tekniği başlıca iki kategoriye ayrılır: "lateration" ve "angulation". İlki mesafe ile ilişkili olup varış süresi (TOA), varış süresi farkı (TDOA) ve sinyal gücü ile ilgilidir. İkincisi ise geliş açısı (AOA), alıcı antenin genlik veya faz tepkisine bağlıdır. Acil durum araması yapan cep telefonu  kullanıcılarının  konumları, arama başlattığında yaklaşık olarak mevcut acil durum konum belirleme sistemleri tarafından bulunabilmektedir. Bu tipteki sistemler, servis veren baz istasyonlarından elde ettikleri bilgileri "triangulation" tekniği kullanarak konum bulmaya çalışır. Bu sebeple mevcut sistemler ancak kullanıcının telefonu birden fazla baz istasyonundan servis alıyor ise kullanılabilir. Cep telefonunun bulunduğu yerdeki baz istasyonu kapsaması sadece bir istasyondan sağlanıyorsa mevcut acil sistemler konumun yeterli kesinlikte belirlenebilmesine yeterli olamayacak kadar büyük bir alanı ancak verebilmektedir. Bu tip sistemlerde kullanılan frekans bandı da değişmektedir. Bizim yöntemimizde ikinci nesil teknoloji sinyalleri kullanılırken 900 MHz, üçüncü nesil teknoloji sinyalleri kullanılırken ise 2100 MHz bandı kullanılmıştır. Diğer bir önemli konu da propagasyon modelidir. Bizim sistemimiz için propagasyon modeli oluşturmak için kapsama tahmin programındaki standart modeller kalibre edilmiş, böylece kendi modelimizdeki "pathloss" formülündeki  değişkenler hesaplanmıştır. Bu değişkenler hesaplanırken seçilen pilot sahalara omni antenler konmuş ve saha çevrelerinde ölçüm alınmıştır. Sonra ölçüm sonucundaki gerçek değer ile hazır modelden evrilen model hazırlanmış ve iyileştirilmiştir. Bu şekilde hem 2G hem de 3G için iki ayrı model oluşturulmuştur. Kapsama bazlı konum bulunurken bir diğer önemli unsur da coğrafi data ve dağılımlarıdır. Çünkü bir baz istasyonunun kapsama alanını bulabilemk için frekans ve propagasyon modelin yanında yer yüzeyi şekilleri ve coğrafi olarak oralarda ne tip bir yapının olduğu da çok önemlidir. Buna örnek olarak gökdelenlerin olduğu yer ile göl çevresindeki bir yerleşimde baz istasonunun kapsama alanının çok farklı bir sonuç vereceği söylenebilir. Bir diğer önemli unsur ise tek baz istasyonu olma durumunda kullandığımız handover denen baz istasyonunun hücreleri arasındaki geçişlerdir. Bir İngiliz ve iki Danimarkalı turistin 16 Ocak 2015 tarihinde Likya yolunda kaybolması sebebiyle bir kurtarma operasyonu başlatıldı. Turistler kaybolduğu zaman cep telefonlarının pil seviyesi çok azdı ve telefon  ile görüşerek konumları hakkında yeterli bilgi vermeye veya GPS kullanmalarına imkan vermeyecek durumdaydı. Yeterli pil seviyeleri olsaydı bile sinyal gücü çok zayıf olduğu için bu yöntemler sonuç vermeyecekti. Mevcut konum belirleme sistemi ile başlatılan ilk arama çalışmaları çok etkili değildi çünkü sistem yürüyüş yolunun olduğu bölgede mahsur kalan kişilerin olabileceği bölge için çok büyük bir alanı belirleyebilmişti. Bunun nedeni turistlerin telefonunun sadece bir baz istasyonundan servis alıyor olmasıydı. Telefonun servis aldığı baz istasyonu sayısı birden fazla olsaydı kullanılan triangulation tekniği sayesinde turistlerin mahsur kaldığı tahmini alan daha da küçültülebilirdi. Şu an kullanılan sistemin aksine bizim geliştirdiğimiz sistem tek bir baz istasyonu ile bile etkili sonuçlar verebilmektedir. Aynı veriler kullanılarak elde edilen sonuçlarda gözle görünür bir fark ortaya çıktı; turistlerin bulunduğu tahmini alan mevcut sistemin belirlediğinden %70 oranında küçülterek belirlendi. Böylece kaybolan turistlerin yeni belirlenen bölgede çok daha erken ve kolay bulunması sağlandı. 8 Şubat 2015 tarihinde yaşanan bir başka olay da bize bir diğer örnek sunabilir. Bir çift dağcı Türkiye sınırları içerisindeki Bozdağlar'da mahsur kaldı. Bölgenin yapısı ve hava koşulları nedeniyle mevcut sistemle kayıp dağcıların kaldığı yerin belirlenmesi pek mümkün değildi. Fakat bizim yöntemle mahsur kalan dağcıların konumlarının belirlenmesi mümkün oldu. Yöntem genel olarak bir propagasyon modelini, çevresel verileri (coğrafi şekiller, anten tipi, nüfuz dağılımını gösteren haritalar, sinyalin kullanıcı telefonuna ulaşana kadar yolda verdiği güç kaybı vs.) ve ek olarak sinyalleşmeyi kullanarak sonuca ulaşır. Bunlara ilave olarak Mobil İletişim operatörlerinin baz istasyonu ile mobil telefonlar arası sinyalleşme bilgilerine de erişme imkanları vardır. Bu çalışmada mahsur kalan kişilerin konumlarının daha kolay bulunabilmesi amacıyla arama yapılacak alanı daraltmak için biz bu çevresel verileri ve kullanıcıdan elde ettiğimiz bilgileri birleştirerek sonuca ulaştık. Bizim yaklaşımımızı önemli kılan ise acil durumlarda zayıf sinyal ve düşük pil seviyesinde, mevcut sistemlerin çalışmadığı durumda, etkili şekilde çalışmasıdır. Bu yaklaşımın bir ileri adımı ise sistemi otomatikleştirerek gelecekte yaşanabilecek benzer durumlar için daha erken ve daha hızlı müdahele imkanının sağlanması ile daha çok insanın kurtarılabilmesi olacaktır.
When there is an emergency call, the emergency localization system finds the possible location of the mobile phone user. Existing emergency localization systems are only usable when there is more than one serving base station. This kind of system uses triangulation technique with those serving sites. When the coverage is limited with one station, the existing emergency system gives a huge area that is not enough to determine the exact location.  The rescue operations of one English and two Danish tourists got lost on the Lycian road in Turkey on 16 Jan 2015. After the tourists got lost, the battery level of their mobile devices became low and rescue with many calls or using GPS was not an option anymore and even if they had enough battery life the signal strength was too weak. The first searching trials with the existing localization system were not very efficient and gave a large area to explore on the trekking road. The reason for this was that it does not working efficiently with only one base station. This system works more efficiently in the case that there was more than one base station. Contrary to the current system, our new developed system works well even with a single base station. The results using the same data were quite different in comparison to the current system's; the area was reduced up to 70%. This also enabled the rescue team to find the lost tourists sooner and easier with the defined location. A similar incident from 8 Feb 2015 is given as a second example. A couple of mountaineers were lost in the Bozdag Mountains in Turkey. Conditions of the terrain and weather were not suitable to locate them with the current systems. The location of the mountaineers was determined using our method. It uses a propagation model and environmental data (e.g. landscape, antenna type, population distributed clutter maps, path loss etc.) and additionally signaling. Moreover, mobile operators have the ability to access information related to signaling between mobile phone and base stations.  In this work, we combined those environmental and user data to reduce the area to be searched in order to find the victim's location easier. What makes this approach more important is that it works efficiently even with weak signal and limited battery of the mobile device in emergencies. For similar cases in the future, this system can be automated as a further improvement to the solution.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016
URI: http://hdl.handle.net/11527/13216
Appears in Collections:Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
10100854.pdf1.28 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.