\n# Girni LoRa librerias 2020-10-07\n# LoRa-Multipunto, lecturas de Rssi y SNR\n# Girni 2020-10-07 propuesta: edelros@espol.edu.ec\n\nimport numpy as np\nimport pandas as pd\nimport scipy.optimize as sp\n\ndef tabulaPunto(unarchivo,carpeta, prefijo = 'multipunto'):\n ''' Lee el archivo de un punto dentro del carpeta,\n elimina el prefijo el nombre del archivo,\n tabula cada lectura por dispositivo en diccionario,\n por modo: rx, rx\n y remitente de cada paquete: baliza\n Prepara para procesar estadistica descriptiva\n '''\n # Datos estructura\n punto = {'rx':{},\n 'tx':{},\n 'nombre': ' '}\n \n # Lectura de unarchivo\n unarchivoubica = carpeta+'\/'+unarchivo\n archivoPunto = open(unarchivoubica,'r')\n\n # nombre del punto desde nombre archivo\n pnombre = unarchivo\n pnombre = pnombre.strip('.txt')\n n = len(prefijo)\n pnombre = pnombre[n:]\n punto['nombre'] = pnombre\n \n linea = archivoPunto.readline()\n while (linea!=''):\n linea_rx = linea.startswith('rx')\n linea_tx = linea.startswith('tx')\n if linea_rx or linea_tx:\n # formato de trama:\n # tx_rx, c1_ff, d1_d2_d3, numtrama,\n # rssitx, snrtx, rssi_rx,snr_rx\n texto = linea.strip('\\n')\n texto = texto.split(',')\n rx_tx = texto[0]\n dir_recibe = texto[1]\n dir_remite = texto[2]\n ID_paquete = int(texto[3])\n rssi_tx = float(texto[4])\n snr_tx = float(texto[5])\n rssi_rx = float(texto[6])\n snr_rx = float(texto[7])\n # llena datos\n if dir_remite in punto[rx_tx].keys():\n punto[rx_tx][dir_remite]['rssi_rx'].append(rssi_rx)\n punto[rx_tx][dir_remite]['snr_rx'].append(snr_rx)\n punto[rx_tx][dir_remite]['secuencia_rx'].append(ID_paquete)\n punto[rx_tx][dir_remite]['rssi_tx'].append(rssi_tx)\n punto[rx_tx][dir_remite]['snr_tx'].append(snr_tx)\n else:\n punto[rx_tx][dir_remite] = {'rssi_rx': [rssi_rx],\n 'snr_rx' : [snr_rx],\n 'secuencia_rx':[ID_paquete],\n 'rssi_tx': [rssi_tx],\n 'snr_tx' : [snr_tx]}\n # siguiente l\u00ednea\n linea = archivoPunto.readline()\n archivoPunto.close()\n return(punto)\n\ndef describePunto(punto):\n ''' estadistica descriptiva de un punto\n calcula y registra count, mean, std,\n min,25%,50%,75%,max\n '''\n estadistica = {}\n for modo in punto.keys():\n estadistica[modo] = {}\n # analiza rssi y snr para rx y tx\n for disp in punto[modo].keys():\n estadistica[modo][disp] = ''\n valores = pd.DataFrame(punto[modo][disp])\n descrito = valores.describe()\n descrito = descrito.drop('secuencia_rx',axis=1)\n estadistica[modo][disp] = descrito \n return(estadistica)\n\n\ndef resumen_medida(punto,medida,descriptor):\n '''\n Realiza la tabla resumen de puntos por\n medida ('rssi' o 'snr')\n y descriptor ('count, mean, std,\n min,25%,50%,75%,max)\n a partir de la tabla de los puntos estadisticos descritos\n '''\n rsm_disp = pd.DataFrame()\n for disp in punto:\n undisp_rx = punto[disp][medida+'_rx']\n etiquetarx = medida+'_rx_'+disp\n rsm_disp[etiquetarx] = undisp_rx.copy()\n for disp in punto:\n undisp_tx = punto[disp][medida+'_tx']\n etiquetatx = medida+'_tx_'+disp\n rsm_disp[etiquetatx] = undisp_tx.copy()\n unafila = rsm_disp.loc[descriptor]\n return(unafila)\n\ndef pares_usar(tabla,baliza, analiza,\n unabaliza, unsector ='', \n medida = 'rssi', modo = 'rx'):\n ''' Selecciona en tabla los puntos a usar\n respecto a una baliza y sector\n resultado en [pares, par_etiqueta]\n '''\n \n # balizas referencia para analizar\n baliza_key = list(baliza.keys())\n baliza_val = list(baliza.values())\n\n donde = baliza_val.index(unabaliza)\n cualbaliza = baliza_key[donde]\n\n # banderas de uso y atipicos\n bal_sec = cualbaliza+unsector\n tabla['usar_'+bal_sec] = 0\n tabla['atip_'+bal_sec] = 0\n \n # Parametros\n if unsector == '':\n analizarque = analiza[unabaliza]\n else:\n analizarque = analiza[unabaliza][unsector]\n atipico_std = analizarque['atipico_std']\n bal_grp = analizarque['grp']\n bal_tip = analizarque['tip']\n bal_LOS = analizarque['LOS']\n \n # usar segmento de grupo\/tipo, bandera True\/False\n for cadapunto in tabla.index:\n cond1 = tabla['grupo'][cadapunto] in bal_grp\n cond2 = tabla['tipo'][cadapunto] in bal_tip\n cond3 = tabla['LOS_'+cualbaliza][cadapunto] in bal_LOS\n cond4 = True\n if unsector != '':\n cond4 = tabla['sector_'+cualbaliza][cadapunto] == int(unsector.strip('s'))\n usar = cond1 and cond2 and cond3 and cond4\n valor = 0\n if usar:\n valor = 1\n tabla.loc[cadapunto,'usar_'+bal_sec] = valor\n\n # datos hacia baliza\n pares = []\n par_etiqueta = []\n for cadapunto in tabla.index:\n columna = medida+'_'+modo+'_'+cualbaliza\n xk = tabla['dist_'+cualbaliza][cadapunto]\n yk = tabla[columna][cadapunto]\n \n # no vacio y para usar\n cond1 = not(np.isnan(yk))\n cond2 = tabla['usar_'+bal_sec][cadapunto]\n if cond1 and cond2:\n unpar = np.array([xk,yk])\n \n # llena pares y etiquetas\n if len(pares)>0:\n pares = np.concatenate((pares,[unpar]),axis=0)\n par_etiqueta = np.concatenate((par_etiqueta,[cadapunto]),\n axis=0)\n else:\n pares = np.array([unpar])\n par_etiqueta = np.array([cadapunto])\n\n # ordena pares para gr\u00e1fica\n if len(pares)>0:\n ordenar = np.argsort(pares[:, 0])\n pares = pares[ordenar]\n par_etiqueta = par_etiqueta[ordenar]\n\n return ([pares, par_etiqueta])\n\ndef linealiza_lstsq(xi,yi,digitos = 3):\n ''' usa minimos cuadrados para entregar la ecuacion\n digitos: usados en expresion latex\n '''\n unaecuacion = {}\n # Eje x en log10()\n xilog = np.log10(xi)\n n = len(xi)\n \n # m\u00ednimos cuadrados (least square),\n # distancia vs medida\n A = np.vstack([xilog, np.ones(n)]).T\n [m0, b0] = np.linalg.lstsq(A, yi, rcond=None)[0]\n alpha = -m0\/10\n beta = b0\n\n # ecuaciones expresion rssi(d)\n fdist0 = lambda d: -10*alpha*(np.log10(d))+beta\n \n fdtxt0 = r'$ rssi = -10(' + str(np.round(alpha,digitos))\n fdtxt0 = fdtxt0 + ')log_{10}(d)' # +('\n texto = '+'\n if beta <0:\n texto = '-'\n fdtxt0 = fdtxt0 + texto + str(np.round(np.abs(beta),digitos))+' \n\n\n # Errores respecto a rssi(d) \n yi0 = fdist0(xi)\n dyi0 = yi - yi0\n dyi0mean = np.mean(np.abs(dyi0))\n dyi0std = np.std(dyi0, dtype=np.float64)\n\n # ecuaciones expresion d(rssi)\n grssi0 = lambda rssi: 10**((beta-rssi)\/(10*alpha))\n grtxt0 = r"$ d = 10^{(" + str(np.round(beta,digitos)) + ' - '\n grtxt0 = grtxt0 + 'rssi)\/' + '(10('+str(np.round(alpha,digitos))+'))} \n\n\n # Errores respecto a rssi(d) \n xi0 = grssi0(yi)\n dxi0 = xi - xi0\n dxi0mean = np.mean(np.abs(dxi0))\n dxi0std = np.std(dxi0, dtype=np.float64)\n \n unaecuacion = {'alpha' : alpha,\n 'beta' : beta,\n 'eq_latex': fdtxt0,\n 'intervalox' : [np.min(xi),np.max(xi)],\n 'error_medio': dyi0mean,\n 'error_std' : dyi0std,\n 'eqg_latex' : grtxt0,\n 'intervaloy' : [np.min(yi),np.max(yi)],\n 'errorx_medio': dxi0mean,\n 'errorx_std' : dxi0std,\n }\n return(unaecuacion)\n\ndef dist_rssi(valor,ecuacion_rssi, desplazar = 0):\n ''' evalua ecuacion de distancia(rssi)\n revisando los intervalos disponibles\n '''\n # resultados\n distancia = np.nan\n e_mean = np.nan\n e_1std = np.nan\n e_2std = np.nan\n \n # Revisa intervalos en ecuacion\n interv_fuera = 0\n tamano = len(ecuacion_rssi)\n eq_cual = list(ecuacion_rssi.keys())\n\n # revisa si hay ecuaciones\n if tamano >= 1:\n # en intervalo de todos los puntos?\n i_eq = 'r0'\n a = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][0]\n b = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][1]\n desplaza = 0; valor0 = valor\n if 'desplaza' in list(ecuacion_rssi[i_eq].keys()):\n desplaza = ecuacion_rssi[i_eq]['desplaza']\n if desplazar == 1:\n valor0 = valor - desplaza\n if valor0<a:\n interv_fuera = -1 # izquierda\n if valor0>=b:\n interv_fuera = 1 # derecha\n if interv_fuera!=0:\n if interv_fuera == 1: # derecha\n i_eq = eq_cual[1]\n if interv_fuera == -1: # izquierda\n i_eq = eq_cual[-1]\n # intervalo rssi [a,b)\n a = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][0]\n b = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][1]\n alpha = ecuacion_rssi[i_eq]['alpha']\n beta = ecuacion_rssi[i_eq]['beta']\n # correccion de formula por desplazamiento\n desplaza = 0; valor1 = valor\n if 'desplaza' in list(ecuacion_rssi[i_eq].keys()):\n desplaza = ecuacion_rssi[i_eq]['desplaza']\n if desplazar == 1:\n valor1 = valor - desplaza\n distancia = 10**((valor1-beta)\/(-10*alpha))\n \n # errores estimados de distancia\n error_medio = ecuacion_rssi[i_eq]['error_medio']\n error_std = ecuacion_rssi[i_eq]['error_std']\n dist_mean = 10**((valor-error_medio-beta)\/(-10*alpha))\n dist_1std = 10**((valor-error_std-beta)\/(-10*alpha))\n dist_2std = 10**((valor-2*error_std-beta)\/(-10*alpha))\n e_mean = np.abs(distancia-dist_mean)\n e_1std = np.abs(distancia-dist_1std)\n e_2std = np.abs(distancia-dist_2std)\n\n # evalua valor si hay ecuacion\n if tamano>1 and interv_fuera == 0:\n donde = eq_cual.index('r0')\n eq_cual.pop(donde)\n # Revisa que exista ecuacion en cada intervalo\n for i_eq in eq_cual:\n if ecuacion_rssi[i_eq] is None:\n donde = eq_cual.index(i_eq)\n eq_cual.pop(donde)\n \n # revisa intervalo y evalua\n for i_eq in eq_cual:\n # correccion de formula por desplazamiento\n desplaza = 0; valor1 = valor\n if 'desplaza' in list(ecuacion_rssi[i_eq].keys()):\n desplaza = ecuacion_rssi[i_eq]['desplaza']\n if desplazar == 1:\n valor1 = valor - desplaza\n # intervalo rssi [a,b)\n a = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][0]\n b = ecuacion_rssi[i_eq]['intervaloy'][1]\n \n cond1 = (valor1>=a) and (valor1<b)\n \n if cond1:\n alpha = ecuacion_rssi[i_eq]['alpha']\n beta = ecuacion_rssi[i_eq]['beta']\n distancia = 10**((valor1-beta)\/(-10*alpha))\n \n # errores estimados de distancia\n error_medio = ecuacion_rssi[i_eq]['error_medio']\n error_std = ecuacion_rssi[i_eq]['error_std']\n dist_mean = 10**((valor-error_medio-beta)\/(-10*alpha))\n dist_1std = 10**((valor-error_std-beta)\/(-10*alpha))\n dist_2std = 10**((valor-2*error_std-beta)\/(-10*alpha))\n e_mean = np.abs(distancia-dist_mean)\n e_1std = np.abs(distancia-dist_1std)\n e_2std = np.abs(distancia-dist_2std)\n \n return([distancia,e_mean,e_1std,e_2std,interv_fuera])\n\n# Las siguientes funciones tienen como objetivo\n# realizar la trilateraci\u00f3n entre varios circulos\n# def trilatera(radio,centro,tolera=1e-10)\n# requieren las funiones:\n# def cruce2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2)\n# def raices2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2,tolera=1e-10)\n# def intersectacirculos(radio,centro,tolera=1e-10)\n\ndef cruce2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2):\n ''' Revisa intervalo de area de cruce\n entre dos c\u00edrculos de centro y radio\n x1,y1,r1 \/\/ x2,y2,r2\n '''\n uncruce = []\n dx = x2 - x1\n dy = y2 - y1\n d_centros = np.sqrt(dx**2 + dy**2)\n d_cruce = r2 + r1\n \n # los circulos se cruzan o tocan\n if d_cruce >= d_centros:\n\n # intervalos de cruce\n xa = np.max([x1-r1,x2-r2])\n xb = np.min([x1+r1,x2+r2])\n ya = np.max([y1-r1,y2-r2])\n yb = np.min([y1+r1,y2+r2])\n \n # cada circulo arriba, abajo\n abajo1 = 0 ; arriba1 = 0\n abajo2 = 0 ; arriba2 = 0\n if ya<=y1:\n abajo1 = 1\n if yb>=y1:\n arriba1 = 1\n if ya<=y2:\n abajo2 = 1\n if yb>=y2:\n arriba2 = 1\n sector = [ abajo1*abajo2, abajo1*arriba2,\n arriba1*abajo2, arriba1*arriba2]\n uncruce = [xa,xb,ya,yb,sector]\n return(uncruce)\n\ndef raices2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2,tolera=1e-10):\n ''' busca las intersecci\u00f3n entre 2 circulos\n de centro y radio: x1,y1,r1 || x2,y2,r2\n revisa con cruce2circulos()\n '''\n casicero = tolera*np.min([r1,r2])\n uncruce = cruce2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2)\n raizx = []; raizy = []\n secruzan = 0\n \n # si hay cruce de circulos\n if len(uncruce)>0:\n sectores = [[-1,-1],[-1,1], \n [ 1,-1],[ 1,1]]\n [xa,xb,ya,yb,sector] = uncruce\n xc = (xa+xb)\/2\n dx = xb-xa\n dy = yb-ya\n k = len(sector)\n if dx<casicero: # se tocan en un punto\n k = 1\n for j in range(0,k,1):\n if sector[j]==1:\n s1 = sectores[j][0]\n s2 = sectores[j][1]\n def gx(x,x1,r1,casicero):\n z = r1**2-(x-x1)**2\n if np.abs(z)<casicero:\n z = 0\n return(z)\n fx1 = lambda x: s1*np.sqrt(gx(x,x1,r1,casicero)) + y1\n fx2 = lambda x: s2*np.sqrt(gx(x,x2,r2,casicero)) + y2\n fx = lambda x: fx1(x)-fx2(x)\n \n fa = fx(xa)\n fb = fx(xb)\n raiz1 = np.nan\n raiz2 = np.nan\n \n # intervalo\/2 izquierda\n xc = xc + dx*tolera\n fc = fx(xc)\n cambio = np.sign(fa)*np.sign(fc)\n if cambio<0:\n raiz1 = sp.bisect(fx,xa,xc,xtol=tolera)\n \n # intervalo\/2 derecha\n xc = xc - 2*dx*tolera\n fc = fx(xc)\n cambio = np.sign(fc)*np.sign(fb)\n if cambio<0:\n raiz2 = sp.bisect(fx,xc,xb,xtol=tolera)\n \n # si hay contacto en un borde\n if dx<casicero and dy>0:\n raiz1 = xa\n if dy<casicero and dx>0:\n raiz1 = x1\n \n # A\u00f1ade si existe raiz\n if not(np.isnan(raiz1)):\n raizx.append(raiz1)\n raizy.append(fx1(raiz1))\n if not(np.isnan(raiz2)):\n raizx.append(raiz2)\n raizy.append(fx1(raiz2))\n secruzan = 1\n # No hay cruce de circulos\n if len(uncruce) == 0:\n dx = x2 - x1\n dy = y2 - y1\n m = dy\/dx\n theta = np.arctan2(dy,dx)\n dx1 = r1* np.cos(theta)\n dx2 = r2* np.cos(theta)\n xi1 = x1 + dx1\n xi2 = x2 - dx2\n b = y1 - m*x1\n raizx = [(xi1+xi2)\/2]\n raizy = [m*raizx[0]+b]\n \n raices = [raizx,raizy,secruzan]\n return(raices)\n\ndef intersectacirculos(radio,centro,tolera=1e-10):\n ''' busca las intersecciones entre parejas de varios\n c\u00edrculos y las entrega como [raicesx,raicesy]\n usa las funciones cruce2circulos()\n y con raices2circulos() que se encuentran en el enlace:\n http:\/\/blog.espol.edu.ec\/analisisnumerico\/s3eva_it2018_t1-interseccion-de-dos-circulos\/#intersecta2circulos\n '''\n vertices = list(centro.keys())\n n = len (vertices)\n \n # agrupa raices en todasx y todasy\n todasx = [] ; todasy = []\n cruces = np.zeros(shape=(n,n),dtype=int)\n for i in range(0,n-1,1):\n for j in range(i+1,n,1):\n x1 = centro[vertices[i]][0]\n y1 = centro[vertices[i]][1]\n r1 = radio[vertices[i]]\n x2 = centro[vertices[j]][0]\n y2 = centro[vertices[j]][1]\n r2 = radio[vertices[j]]\n\n # busca raices entre 2 circulos\n raices = raices2circulos(x1,y1,r1,x2,y2,r2,tolera)\n raizx = raices[0]\n raizy = raices[1]\n cruces[i,j] = raices[2]\n cruces[j,i] = raices[2]\n m = len(raizx)\n if m>0:\n for k in range(0,m,1):\n todasx.append(raizx[k])\n todasy.append(raizy[k])\n \n raiztodas = [todasx,todasy,cruces]\n return(raiztodas)\n\ndef trilatera(radio,centro,tolera=1e-10):\n ''' busca el baricentro entre las intersecciones\n de varios c\u00edrculos punto central en el \u00e1rea de\n intersecci\u00f3n entre varios circulos.\n requiere el resultado de la funci\u00f3n:\n raiztodas = intersectacirculos(centro,radio, tolera = 1e-10)\n '''\n vertices = list(centro.keys())\n n = len (vertices)\n # revisa raiz dentro de cada circulo\n raiztodas = intersectacirculos(radio,centro,tolera)\n todasx = raiztodas[0]\n todasy = raiztodas[1]\n cruces = raiztodas[2]\n m = len(todasx)\n raicesx = []\n raicesy = []\n fuera = []\n for k in range(0,m,1):\n xk = todasx[k]\n yk = todasy[k]\n dentro = 0\n for i in range(0,n,1):\n x1 = centro[vertices[i]][0]\n y1 = centro[vertices[i]][1]\n r1 = radio[vertices[i]]\n dx = x1-xk\n dy = y1-yk\n d_centro = np.sqrt(dx**2+dy**2)\n if d_centro<=(r1*(1+tolera)):\n dentro = dentro + 1\n if dentro == n:\n raicesx.append(xk)\n raicesy.append(yk)\n \n # busca baricentro\n baricentro = np.nan\n barerror = np.nan\n q = len(raicesx)\n if q>0:\n xbar = np.mean(raicesx)\n ybar = np.mean(raicesy)\n baricentro = [xbar,ybar]\n barerror = 0\n for i in range(0,q,1):\n d = np.sqrt((xbar-raicesx[i])**2+(ybar-raicesy[i])**2)\n if d>barerror:\n barerror = d\n poligono = [raicesx,raicesy]\n else:\n poligono = [todasx,todasy]\n resultado = {'baricentro': baricentro,\n 'barerror' : barerror,\n 'poligono' : poligono,\n 'nocruzaen' : ''}\n\n \n # revisa espacio entre circulos\n sumacruces = np.sum(cruces,axis = 0)\n if 0 in list(sumacruces):\n raicesx = todasx.copy()\n raicesy = todasy.copy()\n for i in range(0,n,1):\n if sumacruces[i]==0:\n x1 = centro[vertices[i]][0]\n y1 = centro[vertices[i]][1]\n lejanamax = -1\n lejana_en = -1\n for k in range(0,len(raicesx),1):\n dx = x1 - raicesx[k]\n dy = y1 - raicesy[k]\n d_centro = np.sqrt(dx**2+dy**2)\n if d_centro>lejanamax:\n lejanamax = d_centro\n lejana_en = k\n if lejana_en>=0:\n raicesx.pop(lejana_en)\n raicesy.pop(lejana_en)\n # busca baricentro\n baricentro = np.nan\n barerror = np.nan\n q = len(raicesx)\n if q>0:\n xbar = np.mean(raicesx)\n ybar = np.mean(raicesy)\n baricentro = [xbar,ybar]\n barerror = 0\n for i in range(0,q,1):\n d = np.sqrt((xbar-raicesx[i])**2+(ybar-raicesy[i])**2)\n if d>barerror:\n barerror = d\n poligono = [raicesx,raicesy]\n else:\n poligono = [todasx,todasy]\n resultado = {'baricentro': baricentro,\n 'barerror' : barerror,\n 'poligono' : poligono,\n 'nocruzaen' : vertices[i] }\n\n\n return(resultado)\n<\/pre><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El archivo contiene un grupo de funciones usadas para procesar los datos de este prototipo, se separaron del bloque principal de instrucciones con el objetivo de simplificar el desarrollo del las actividades principales. 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