測位システムは私たちの生活のあらゆる側面に浸透しています, その中で、衛星航法と地理データ技術は最も成熟した測位技術です. でも, これらの技術は、屋内建材がブロックされているため、開放的な屋外環境での使用により適しています。, その結果、シグナルが低下します, そのため、屋内測位システムが登場しました. さまざまな屋内測位システムがありました, それぞれに適したアプリケーション産業があり、Bluetooth はさまざまな産業で使用されており、IoT IPS システムの未来の 1 つと見なされています。. 記事上で, IPSとは何かを学ぶことができます, 一般的に使用されている屋内測位システムの種類, Bluetooth IPS を選ぶべき理由, そしてそれらをどのように実装できるか.
屋内測位システムとは?
屋内測位システムとは、屋内環境で人や物を見つけることができる機器ネットワークを指します. 通常、2 つの異なる要素で構成されます。: アンカータグと位置タグ. アンカーはデバイスです, ビーコンやリレーなど, 定義されたスペースに戦略的に配置された. タグは人や物によって運ばれます. アンカーは、モバイル デバイスとタグを積極的に特定します。, または、デバイスが認識する環境の場所またはコンテキストを提供します.
8 IPSの種類 ( 屋内測位システム)
市場にはさまざまな IPS があります. リストアップしました 8 信号タイプに基づく、一般的に使用される屋内測位技術, その中でRf技術が最も広く使用されています.
無線周波数
一般的な RF 技術には RFID が含まれます, WI-FI, ブルートゥース, Zigbee, およびUWB. RF信号に基づく, ターゲットの位置は、送信機から受信機に送信される無線信号を使用して検出されます.
WI-FI & ブルートゥース
Wi-fi と Bluetooth は、既存のネットワーク インフラストラクチャに基づいて機能します. 導入が簡単で低コストです. その主な動作原理には、受信信号強度の使用が含まれます (RSS), これは、送信者と受信者の間の距離に依存します. 複数の Bluetooth ビーコンまたは Wi-Fi アクセス ポイントへのタグの RSS を測定するだけで、3 つの測定値を使用してモバイル デバイスの位置を計算できます。.
素材が異なれば、wifi および Bluetooth 信号に対する影響も異なります, 信号の精度に影響を与える. この問題を克服するには, 一部の IPS は、特定のキャリブレーションに基づいて特定の地域の RSS マップを作成します. IPS 精度は 1 ～ 2m です。.
基本原理は同じですが、, それらはいくつかの点で異なります. 一方では, WIFI は多くの電力を消費しながら、多くのカバレッジを提供します. 一方で, Bluetooth IPS は消費電力が少ないが、カバレッジは比較的小さい. ブルートゥース 4.0 の理想的な最大範囲を持っています 100 m 高いデータ レート (まで 2.1 Mbps), BLEには周りしかありませんが 60 m LOS と大幅に削減されたデータ レート (125kbps).
RFID
電磁場は、物体や人間に取り付けられたタグを識別して追跡するために使用されます. RFIDは非接触識別技術です, 125KHz から 5.8GHz までの範囲の無線周波数信号を送受信します。. システムを構成するリーダとRFIDタグ. RFIDは3種類に分けられる, パッシブRFID, セミパッシブ RFID, およびアクティブ RFID.
リーダーはパッシブタグにパルスを送信します, ID情報を返すことによってリーダーの要求に応答する.
- パッシブタグは安価ですが、数キロバイトのメモリしか保存できません, 読者は1メートル以上の情報を得ることができません.
- セミパッシブ RFID のアンテナと全体的な機能は、パッシブ RFID に似ています。, 電池式タグとその他の簡単な機能.
- アクティブ RFID は、約 100 より多くの情報を保存できます, しかし、それはまたより多くの費用がかかります.
RFIDは赤外線システムを必要としません, また、追跡情報も提供しません, 液体のある環境では乱れる可能性があります。, 金属, またはその他の無線干渉源.
Zigbee
Zigbee は、ワイヤレス制御および監視アプリケーションで使用されるバッテリ駆動デバイス向けの低電力および低コストのワイヤレス メッシュ ネットワーク標準です。. 4つの追加コンポーネントで構成されています: アプリケーション層, ZDO, ネットワーク層, およびメーカーが指定するアプリケーション オブジェクト. Zigbee スマートエネルギー 2.0 仕様は、監視用のインターネット プロトコル ベースの通信プロトコルを定義します。, 制御する, 通知する, エネルギーと水の供給と使用の自動化, そのうち、屋内測位は機能の 1 つにすぎません.
UWB
UWB 無線周波数技術は、UWB に基づく測位システムです。. 近距離用の無線技術です, 強力なマルチパス耐性特性と建材の透磁率を備えた高帯域幅通信により、通常、視線が見えない典型的な屋内環境に適しています. 加えて, 帯域幅が大きいほど、時間分解能が高くなります. これにより、送信者と受信者の間の飛行時間を測定できます, その結果、RSS よりも優れた距離推定値が得られます. したがって, UWB システムは、3 層測定を利用して、環境から配置された少なくとも 3 つのアンカーのセットの距離を評価し、タグの位置を推定します。. UWBの精度は現在IPSの中で最高です, 約のエラーで 30-50 センチメートル.
UBW IPS の欠点は、大量の周波数帯域幅を消費し、特別な展開が必要なことです。. 他の RF 信号との干渉を防ぐには, 3.1 GHz と 10.6 GHz の間の帯域を許可する法的制限があります。. 信号電力は制限されています. システムがデータ負荷送信を必要とする場合, 作業範囲は 100m に制限する必要があります.
超音波システム
これらのシステムはエコーロケーションに依存し、放射された超音波信号が受信機に戻る時間を測定します。. 例えば, 音響ナビゲーションと測距 (ソナー) 水中の物体を見つけるために使用されます. 飛行時間を使用して、それらの間の距離を計算します. 少なくとも 3 つの利用可能な距離がある場合, 三辺測量で位置を計算できます.
超音波システムは、アプリケーションであまり一般的に使用されていません. 複数のアンカーと Bluetooth ビーコンの配置が必要. 精度はサブメートルを達成できます. でも, 超音波信号は、建物などの固体物質からの干渉の影響を受ける傾向があります.
赤外線
この IPS には、遮るもののない視線が必要です (NS) タグとアンカーの間. それは非常に説明責任のある部屋の検出器とみなされます. 正確な測位のために多くのアンカーを設置する必要があり、複数のアンカーから位置を推定するために必要な信号強度測定の品質が低いため、問題が発生する可能性があります。. VRヘッドセットは現在、同様のアプローチを取っています, 複数の光源と反射する物体を使用して、部屋にいる人の位置を正確に特定する.
IMU
IMU屋内測位システムには、慣性測定ユニットが含まれています (IMU), 加速度計などのセンサーを使用する, ジャイロスコープ, 三次元空間内の物体の動きを追跡する磁力計.
動きの方向の決定はセンサーに依存します, 前の位置の相対運動の評価を提供できる. すべての信号を推測航法などのアルゴリズムと組み合わせることで、情報を得ることができます.
環境内でのアンカーの使用は、IMU では要求されていません. でも, IMUの精度は、以前に導入されたシステムほど高くありません, そのエラーは時間の経過とともに蓄積され、数秒後にメートルのオーダーに達します. このために, IMU は他の技術と組み合わせて使用することが多い. 加えて, 動きを検出する機能を使用して、タグを装着している参加者が停止したかどうかを検出できます.
さまざまな屋内測位方法
屋内位置情報技術を実装するには, ハードウェアおよびソフトウェア ソリューションが異なる場合は、異なるロケーション方法が必要になる場合があります。. したがって, 移動するオブジェクトを追跡するためにラベルを使用できます, オブジェクトが静止している場合はビーコン. タグは通常、ビーコンよりも小さくて軽い; でも, それらはすべて、価格と複雑さが異なるさまざまな構成を持っています. 必要に応じてデバイスをプログラムできます.
IPSの種類と技術による, 位置決め方法は次のように分類できます。:
AoA / AoD
AoA と AoD は、送信機によって配信された信号が受信デバイスに到達する角度を計算します。. 複数のセンサーが必要なため、追加のハードウェア コストが必要になります。, しかし、良い点は、それらがより良い精度を提供することです. AoA と AoD は通常、Bluetooth を使用する測位システムに実装されます。.
RSSI
RSSI を使用すると、オブジェクトが発する信号の強度によってオブジェクトの位置を推定できます。. この方法は、送信機の周囲の静止物や移動物が信号に悪影響を与えるため、あまり効果的ではありません。. ワイヤレスネットワークで人気があります, 例えば, ブルートゥース, Wi-Fi, 糸, とジグビー.
マルチラテレーション
この方法は、ネットワークに 3 つ以上のトランスポート デバイスが含まれている場合に適用できます。. いくつかの参照オブジェクト間の距離が取得されると、ターゲット オブジェクトまでの距離を測定できます。. 3 層方式には数学的モデリングが含まれ、Wi-Fi の測位精度を向上させるために一般的に使用されます。, ブルートゥース, 超音波, およびUWB.
三角測量
これは数学的計算に基づく別の方法です. 三角測量は、オブジェクトの周囲の参照点間に三角形を構築することにより、オブジェクトまでの距離を測定します. 三角測量は、Wi-Fi の追加のロケーション方法です。, ブルートゥース, およびUWBシステム.
推測航法
これは、IMU が既知の位置と速度を追跡計算と組み合わせてターゲットの場所を検出するために使用する一般的な屋内位置追跡方法です。. 時間の経過とともに位置誤差が蓄積されるため, この方法の精度は高くありません.
スラム
SLAM アルゴリズムは、センサーまたはカメラからのデータを使用して、ターゲットの位置のマップを作成します. IMU とコンピューター ビジョン システムは、この方法を使用してオブジェクトの動きと位置を監視します。.
屋内測位システムのテクノロジーの選択に影響する考慮事項
独自の IPS の構築に適したテクノロジを判断するには, プロジェクトに必要な仕様に応じて、さまざまな要因を考慮し、それらをバランスさせる必要があります。.
正確さ:
精度は、ほとんどの屋内マッピング システムの主な機能です。. 多くの場合、優れたソリューションには柔軟な展開が必要です, コストと複雑さが増す. 正確な位置決めが重要な考慮事項ではない場合, 安く選ぶことができます, より簡単なテクニック. 以下の表は、複数の屋内測位システムで通常得られる最高の精度を示しています。.
カバレッジと拡張性:
カバレッジは、位置情報が利用可能なエリアです. カバー範囲の広いテクニックは、精度が低いことを意味する場合があります.
適応性:
環境の変化は、システムのパフォーマンスに影響を与える可能性があります. したがって, 精度が必要な場合, これらの変化に対処する能力が不可欠です.
ファクターサンプリングレート:
1秒あたりに取得される位置の数は、不可欠なもう1つの機能です, 特に、より多くの計算能力とエネルギーを必要とする複雑なシステムの場合.
料金:
導入費用, 運用コスト, システムのライフサイクル中のメンテナンスコストを考慮する必要があります。. 一部のテクノロジでは、固定インストールが必要です, 他の人はモバイルまたは既存のインフラストラクチャを使用できます. このような技術はしばしば校正を必要とし、多くの時間を消費します, その結果、より多くのコストがかかります, 特にインストールが永続的でない場合.
Bluetooth IPS を使用する理由
以前のバージョンの Bluetooth インドア ロケーション テクノロジーでは、RSSI アプローチに基づく近接ソリューションとして使用できました。, 3層アプローチでサポート. 位置決め精度の範囲は 1 メートルから数メートル. BLE技術の導入 2010 バージョン 4.0 低消費電力のソリューションになります. その利点のいくつかは次のとおりです。:
- 低消費電力・低コスト
この機能により、ビーコンでの使用に理想的な RF 規格になります。, BLE センサー, および資産タグまたは個人タグ. - 簡単な導入
簡単な導入と柔軟なハードウェア オプションにより、ネットワーク上またはネットワークから独立して、Bluetooth エコシステムに簡単に統合できます。. - 伸縮性テクノロジー
複数の位置認識ユースケースにテクノロジーを拡張する — Bluetooth デバイス検出から, 資産管理, 屋内の場所, および近隣サービスへの道案内, NS.
時間とともに, テクノロジーは新しいアップグレードを獲得しました. の 2017, ブルートゥース 5 非階層型多対多通信を提供する高度にスケーラブルなメッシュ ネットワークを作成. メッシュ ネットワークを屋内測位システムに統合して、機能を拡張し、測位精度を向上させることができます. バージョンのリリース 5.1 NS 2019 Bluetooth 位置情報サービスの可能性を広げる. RSSIに加えて, 新しい方向探知機能により、システムは AoD および AoA 三角測量のサポートを使用して、より高い精度でターゲットの位置を検出できます。. したがって, ブルートゥース 5.1 隣接するソリューションに加えて、IPS および RTLS ソリューションでのテクノロジの幅広いアプリケーションへの扉を開きます。.
Bluetooth IPS には、他の無線ベースのソリューションに勝る明らかな強みがあります。. 初め, Bluetooth 屋内測位システムは非常にエネルギー効率が良い, ワイヤレスシステムの長寿命を保証します. 第二に, その新しいバージョンは、高度な測位技術を提供し、センチメートルレベルまで精度を向上させます.
ブルートゥースはどこにでもある. Bluetoothマーケットアップデートによると 2020, Bluetooth 位置情報サービス デバイスの年間出荷台数は、 4 百万単位 2015 に 186 百万単位 2020. その数に達すると予想される 538 BLE はほとんどのチップに搭載されており、スマートフォンなどの最新のモバイル デバイスのほとんどにプリインストールされています。. これにより、テクノロジーの展開と実装が大幅に簡素化されます.
以下は、Bluetooth とその他の RF テクノロジ パラメータの違いのリストであり、ニーズに基づいてどちらが適切かを判断できます。.
Bluetooth 屋内測位システムのしくみ?
BLE IPS ソリューションは、ビーコンまたはセンサーを利用して、トラック ラベルなどの送信 Bluetooth デバイスを見つけて検出します。, 屋内空間全体のスマートフォン. センサーから取得した、またはビーコンからモバイル デバイスに送信された位置データは、さまざまな位置ベースのアプリケーションによって吸収され、複数の位置認識ユース ケースをサポートする洞察に変換されます。.
センサーによる BLE ポジショニング
BLEセンサー測位の用途 BLE センサー 内部空間の固定位置に展開. センサーはBLEスマートフォンの送信を受動的に見つけて検出します, 資産追跡タグ, ビーコン, ウェアラブル, 人事位置バッジ, 受信した伝送デバイスの信号強度に基づくその他の Bluetooth デバイス. その後、位置データは中央の IPS または RTLS に配信されます. 測位エンジンはデータを分析し、複数のアルゴリズムを使用して送信機の位置を特定します. これらの座標を利用して、空間の屋内マップ上の位置を視覚化できます, または他の目的のため, 特定の場所のアプリケーションに応じて.
ビーコンによる BLE ポジショニング
低高度ビーコンは繰り返し低高度を知らせた. 信号は周囲のデバイスによって検出されます, BLE対応センサーやスマートフォンなど. 内部空間全体に固定配置, ビーコンは、一意の識別子を含む信号を継続的にブロードキャストします. この識別コードは、選択したビーコン通信プロトコルに応じて、他のデータとともに定期的に送信されます。. 事前設定されたサービスまたは専用アプリケーションで有効化されたワイヤレス デバイスは、ビーコンから信号を受信するか、この情報をビーコン範囲内のサーバー中心の方法でサーバーに配信します。. デバイスとビーコン間の検出により、ビーコンとデバイスが相互の範囲内にあるかどうかを判断する近接ベースの位置情報サービスを有効にできます. 複数のビーコンを内部空間に戦略的に配置することで、無線デバイス間の通信または 3 つ以上のビーコンを使用して RSSI 多国籍測位デバイスを通過させることができます。. 識別されたデバイスの場所は、特定のアクションをトリガーしたり、アプリケーションに応じてさまざまなアプリケーションやサービスに使用したりできます. 移動する物体にビーコンを配置し、固定の Bluetooth センサーで位置を特定することもできます.
Bluetooth 屋内測位のユースケース
Bluetooth IPS をサポートするソリューションはいくつかあります.
資産管理
多くの業界の組織は、Bluetooth 屋内ロケーション システムを使用して、重要な資産や機器のリアルタイムの位置とステータスを追跡できます。.
- エンタープライズ スペース: 大規模なエンタープライズ キャンパスと施設全体の機器とリソースの明確な全体像を作成することにより、リソースと生産性の割り当てを強化します。
- 健康管理: 資産追跡機能を追加することで、車椅子や人工呼吸器などの重要な機器の場所をすばやく見つけて追跡します
- スマートマニュファクチャリング: デバイスの位置と移動を可視化, 機械, とリソース
- 倉庫管理: アセット トラッキングを組み合わせてツールを特定, 在庫, 大規模施設全体の設備
スタッフと人員の追跡
組織はセンサーを活用できます, BLEビーコン, 従業員と個人の場所を可視化するための人物タグ.
- ワイヤレス デバイスの検出: 企業の建物や政府機関などのセキュリティ意識の高い施設では、センサーを利用して、内部空間の BLE やその他の RF 放射デバイスを検出できます。
- 職場の最適化: 従業員バッジなどの低コストのタグを利用して、スペースの使用率と従業員がスペース内のどこにいるかを可視化することで、生産性と運用効率を向上させます.
- 従業員の安全: 緊急時または避難時に従業員の位置をすばやく特定または通知することで、より安全な屋内空間を作成します.
- 職場の準備: 規制要件とプロトコルをサポートして、スペース全体での病気の蔓延を防止および軽減するのに役立ちます, ツールを使用して効果的な衛生指導を可能にする, コンタクトトレーシング, 物理的距離の遵守の意識, NS.
位置情報サービス
BLEインテリアポジショニングを使用する, 組織は、場所を利用してさまざまな相互作用を促進するスマート ビルディングを作成できます。, メッセージング, およびその他の機能.
- 近接メッセージング: 資産やユーザーに近い目的地を特定することで、魅力的な顧客体験を強化します, このデータを使用して、クーポン マーケティング キャンペーンの近くのスポットなど、ハイパーローカル コンテンツで訪問者を直接引き付けます。
- ジオフェンス: ユーザーが入ったときに特定のアクションをトリガーする内部空間のさまざまな領域の周りに仮想の地理的境界を作成します, 出る, または指定された地域に居住している
- 現在地の共有: ユーザーが住んでいる場所を共有することを選択できるようにします, または他の人を見つけるために, 家族を含む, 友達, または同僚, 大きな建物内
屋内ナビゲーション
Bluetooth 位置情報を介したインテリア ナビゲーションおよびパス ファインディング システムにより、空間はすぐに親しみやすく、探索しやすくなります。.
- 屋内ナビゲーション: 小売ホテル輸送などの業界の屋内体験を向上させます, 企業のヘルスケア, NS.
- ブルードットナビゲーション: BLE ビーコンやその他の屋内測位技術を使用, 組織は、ラウンドバイラウンドのナビゲーションとパスファインディングに青い点のエクスペリエンスを使用できます
スマートビジネス
Bluetooth IPS を使用して、驚くべきビジネス インサイトに変換できる位置データを取得できます. 人の動きを見つけて監視します, 資産, と設備, そしてデータを分析します. 訪問者が内部空間とどのように対話するかを視覚化することで、ビジネス部門はよりスマートになり、より多くの情報を得ることができます.
Bluetooth 屋内位置情報を実装する方法
Bluetooth 低エネルギー屋内位置情報プロジェクトの実装は、仕様によって異なります, バジェット, と技術力. 最初に決定すべきことは、IPS をゼロから構築するか、既存のソリューションに統合するかです。. ポジショニング方法の選択はこれに依存します.
Bluetooth のバージョンが 5.1, その場合、RSSI と三酸化物が唯一のオプションです. このアプローチは、次の目的を意図した隣接するソリューションに適用されます。:
- 情報の共有;
- 興味のあるポイントとアイテムの検索;
- サービスの充実.
私たちのプロジェクトの1つで, ある大型ショッピングセンターが当社を適用 BLE 屋内測位ソリューション. 事業主はマーケティングに使用します, 訪問者に割引やプロモーションのオファーを通知するなど. クライアントから、Bluetooth 経由でモバイル アプリケーションと通信できる BLE ビーコンを備えた IPS の作成を依頼されました。 4.0. アプリケーション ユーザーの場所が特定された後, システムは彼らに関連情報を提供できます.
送信機から信号を読み取り、ビーコン データをクラウドに送信するモバイル SDK が構築され、提供されます。. RSSI 測定をサポートするには, 三辺測量は、アプリケーション ユーザーの位置を計算するために使用されます. したがって, 位置決め精度は到達することができます 1 メートル.
位置計算は、アプリケーションまたはクラウド サーバーで実行できます。. モバイルデバイスは、ネットワーク接続が不安定または利用できない場合にこの機能を実行します. これは大変です, ただし、常にサーバーをデプロイして接続する必要はありません. 低消費電力で軽量なアプリケーションを構築したい場合, その後、サーバー上で見積もりを実行できます.
デバイスにインストールされているビーコンの数も、測位精度に影響する 1 つの機能です。. したがって, ターゲットを正確に見つけるために, ビーコン密度が十分に高いことを確認する必要があります. 当社の Bluetooth IPS は、無数のビーコンを少なくとも密度でサポートします。 3-4 200m²あたりのデバイス.
Bluetooth ビーコンの屋内位置情報には iBeacon プロトコルを使用しました, AltBeacon や Google の Eddystone などの他のプロトコルもサポート可能. Bluetooth近接ビーコンを使用した屋内位置追跡を実装しました. 新機能を追加しました, ビーコンのバッテリ寿命の延長, ビーコンのカスタマイズによるシステム効率の向上. お使いのシステムが Bluetooth 仕様の最新バージョンをサポートしている場合, その後、AoA と AoD は、Bluetooth ロケーション サービスの展開における正確な測位のオプションとなります。, 経路探索やリアルタイムの位置情報や追跡など.
AODに関しては, 送信機の複数のアンテナからの信号は、単一のアンテナを備えた受信機によって読み取られました. 各信号は、特定の ToA で特定の角度に到達します. 送信機のアンテナ間の距離と信号間の時間間隔を知ることで、AoD と送信機と受信機の間の距離を測定できます。.
AoA方式の動作原理は似ています, しかし逆です: 送信機は、1 つのアンテナから受信デバイスの複数のアンテナに信号を送信します。.
ネットワークに複数のデバイスが含まれている場合, 三角測量は、精度を向上させるための補助測位方法として使用できます. 位置計算の不正確さを最小限に抑えるには, カルマン フィルター処理などのフィルター処理アルゴリズムを使用して、データをクロスチェックできます。.
他の IPS と同様に, 屋内での Bluetooth の使用は完璧なソリューションではありません, エラーや課題に満ちている可能性があるため. Bluetooth IPS の最大の課題は、ノイズの多い環境で信号を検出することです. 静的環境でローカル ロケーション システムを展開する方が簡単. Bluetooth IPS が動く物体でいっぱいの施設や部屋で機能する場合, 信号の完全性を維持し、オブジェクトを正しく見つけることははるかに困難です. これは、施設内の平方メートルあたりのビーコンの数を増やすことで強化できます.
BLE ベースの屋内位置情報システムが正しく機能していることを確認するには, システムの導入を計画している場所の詳細な地図を作成する必要があります.
結論
Bluetooth は、最小限の電力消費で接続の安定性を提供する、広く使用されている IPS テクノロジです。. BLE IPS がプロジェクトに適したテクノロジであることを確認したい場合, お気軽にお問い合わせください. 私たちはSDKの構築に豊富な経験を持っています, ビーコンのカスタマイズ, モバイル アプリケーション, クラウド プラットフォーム, 位置情報サービスの展開に必要なその他のソリューション.
