O sistema de posicionamento penetrou em todos os aspectos da nossa vida, entre os quais a tecnologia de navegação por satélite e dados geográficos é a tecnologia de posicionamento mais madura. Contudo, essas tecnologias são mais adequadas para uso em ambientes externos abertos devido ao bloco de materiais de construção internos, o que resulta em sinal fraco, é por isso que surgiu o sistema de posicionamento interno. Tem havido uma variedade de sistemas de posicionamento interno, cada um dos quais tem sua própria indústria de aplicação adequada e o Bluetooth é usado em uma variedade de indústrias e é considerado um dos futuros dos sistemas IoT IPS. Neste artigo, você aprenderá o que é IPS, que tipos de sistema de posicionamento interno são comumente usados, por que você deve escolher Bluetooth IPS, e como você pode implementá-los.
O que é um sistema de posicionamento interno?
Sistema de posicionamento interno refere-se à rede de equipamentos que pode localizar pessoas ou objetos no ambiente interno. Geralmente consiste em dois elementos distintos: tags de âncora e posição. Âncora é um dispositivo, como um farol ou um relé, estrategicamente colocado em um espaço definido. Tags são carregadas por pessoas ou coisas. O Anchor localiza ativamente o dispositivo móvel e marca, ou fornece um local ou contexto do ambiente para o dispositivo estar ciente.
8 tipos de IPS ( sistema de posicionamento interno)
Existem vários IPS no mercado. Nós listamos 8 tecnologias de posicionamento interno comumente usadas com base em seus tipos de sinal, entre os quais a tecnologia Rf é a mais amplamente utilizada.
Frequência de rádio
Tecnologias comuns de RF incluem RFID, WI-FI, Bluetooth, Zigbee, e UWB. Baseado em sinais de RF, a posição de um alvo é detectada usando sinais de rádio transmitidos de um transmissor para um receptor.
WI-FI & Bluetooth
Wi-fi e Bluetooth podem funcionar com base na infraestrutura de rede existente. É fácil de instalar e de baixo custo. Seu principal princípio de funcionamento envolve o uso da intensidade do sinal recebido (RSS), que depende da distância entre o remetente e o destinatário. Três medições podem ser usadas para calcular a localização de dispositivos móveis simplesmente medindo o RSS de uma etiqueta para vários beacons Bluetooth ou pontos de acesso Wi-Fi.
Materiais diferentes têm efeitos diferentes nos sinais Wi-Fi e Bluetooth, o que afeta a precisão dos sinais. Para superar esse problema, alguns IPS criam mapas RSS de áreas específicas com base em calibrações específicas. Sua precisão IPS pode ser de 1 a 2 m.
Embora seus princípios básicos sejam os mesmos, eles são diferentes em alguns pontos. Por um lado, WIFI oferece muita cobertura enquanto consome muita energia. Por outro lado, Bluetooth IPS consome menos energia, mas a cobertura é relativamente pequena. Bluetooth 4.0 tem um alcance máximo ideal de 100 m altas taxas de dados (até 2.1 Mbps), enquanto BLE tem apenas cerca de 60 m LOS e uma taxa de dados substancialmente reduzida (125kbps).
RFID
Os campos eletromagnéticos são usados para identificar e rastrear etiquetas anexadas a objetos e seres humanos. RFID é uma tecnologia de identificação sem contato, ele envia e recebe sinais de radiofrequência variando de 125 KHz a 5,8 GHz. Leitores e tags RFID formaram o sistema. RFID é dividido em três tipos, que são RFID passivos, RFID semipassivo, e RFID ativo.
O leitor envia pulsos para a tag passiva, qual resposta à solicitação do leitor, retornando informações de identificação.
- Tags passivas são baratas, mas podem armazenar apenas alguns kilobytes de memória, e o leitor não consegue obter mais do que um metro de informação.
- A antena e a função geral do RFID semipassivo são semelhantes às do RFID passivo, com etiquetas de alimentação de bateria e outras funções simples.
- O RFID ativo pode fornecer uma gama de cerca de 100 medidores e pode armazenar mais informações, mas também custa mais.
RFID não precisa de sistemas infravermelhos, nem fornece informações de rastreamento, e eles podem ser perturbados em ambientes onde há líquidos, metal, ou outras fontes de interferência de rádio.
Zigbee
Zigbee é um padrão de rede mesh sem fio de baixo consumo de energia e baixo custo para dispositivos alimentados por bateria usados em aplicações de controle e monitoramento sem fio. Consiste em quatro componentes adicionais: camada de aplicação, ZDOs, camada de rede, e objetos de aplicação especificados pelos fabricantes. A energia inteligente Zigbee 2.0 especificação define um protocolo de comunicação baseado em protocolo de Internet para monitoramento, controlando, notificando, e automatizar o fornecimento e uso de energia e água, dos quais o posicionamento interno é apenas uma característica.
UWB
A tecnologia de radiofrequência UWB é um sistema de posicionamento baseado em UWB. É uma tecnologia de rádio para curto alcance, comunicações de alta largura de banda com fortes propriedades de resistência a múltiplos caminhos e um grau de permeabilidade de materiais de construção que o torna adequado para ambientes internos típicos onde a linha de visão normalmente está fora de vista. Além disso, largura de banda maior significa maior resolução temporal. Isso permite que o tempo de voo entre o remetente e o destinatário seja medido, resultando em melhores estimativas de distância do que RSS. Portanto, o sistema UWB utiliza medições de três camadas para avaliar a distância de um conjunto de pelo menos três âncoras implantadas no ambiente para estimar a posição das tags. A precisão UWB é atualmente a melhor entre IPS, com um erro de cerca 30-50 centímetros.
A desvantagem do UBW IPS é que ele consome uma grande quantidade de largura de banda de frequência e requer implantação especial. Para evitar interferência entre outros sinais de RF, existem restrições legais que permitem bandas entre 3,1 GHz e 10,6 GHz. A potência do sinal é limitada. Se o sistema precisar de transmissão de carga de dados, o alcance de trabalho deve ser limitado a 100m.
Sistema ultrassônico
Esses sistemas dependem da ecolocalização e medem o período de tempo durante o qual o sinal ultrassônico emitido retorna ao receptor. Por exemplo, navegação acústica e alcance (sonar) é usado para localizar objetos subaquáticos. Ele usa o tempo de voo para calcular a distância entre eles. Quando houver pelo menos três distâncias disponíveis, você pode calcular locais com trilateração.
Os sistemas de ultrassom não são comumente usados em aplicações. A colocação de múltiplas âncoras e beacons Bluetooth é necessária. A precisão pode atingir submetro. Contudo, sinais ultrassônicos tendem a ser afetados pela interferência de materiais sólidos, como edifícios.
Luz infravermelha
Este IPS requer uma linha de visão desimpedida (A) entre a tag e a âncora. É considerado um detector de ambiente muito responsável. Muitas âncoras devem ser instaladas para um posicionamento preciso e podem encontrar dificuldades devido à baixa qualidade das medições de intensidade do sinal necessárias para estimar a localização de múltiplas âncoras. Os headsets VR atualmente adotam uma abordagem semelhante, usando múltiplas fontes de luz e objetos reflexivos para localizar com precisão as pessoas em uma sala.
IMU
O sistema de posicionamento interno IMU inclui uma unidade de medição inercial (IMU), que usa sensores como acelerômetros, giroscópios, e magnetômetros para rastrear o movimento de objetos no espaço tridimensional.
A determinação da direção do movimento depende dos sensores, que pode fornecer uma avaliação do movimento relativo da posição anterior. Combinar todos os sinais com algoritmos como cálculo morto pode obter informações.
O uso de âncoras no ambiente não é exigido pela IMU. Contudo, A precisão da IMU não é alta como os sistemas introduzidos anteriormente, seus erros se acumulam com o tempo e atingem a ordem de metros após alguns segundos. Por esta razão, A IMU costuma usá-lo em combinação com outras tecnologias. Além disso, a capacidade de detectar movimento pode ser usada para detectar se o participante que está usando a etiqueta parou.
Diferentes métodos de posicionamento interno
Para implementar tecnologia de localização interna, você pode precisar de diferentes métodos de localização com diferentes soluções de hardware e software. Portanto, você pode usar rótulos para rastrear objetos em movimento, ou faróis se o objeto estiver parado. As tags geralmente são menores e mais leves que os beacons; Contudo, todos eles têm uma variedade de configurações que variam em preço e complexidade. Você pode programar o dispositivo conforme necessário.
De acordo com o tipo e tecnologia IPS, os métodos de localização podem ser classificados da seguinte forma:
AoA / AoD
AoA e AoD calculam o ângulo em que o sinal entregue pelo transmissor atinge o dispositivo receptor. Eles exigem vários sensores e, portanto, exigem custos adicionais de hardware, mas o bom é que eles fornecem melhor precisão. AoA e AoD são geralmente implementados em sistemas de posicionamento que usam Bluetooth.
RSSI
RSSI permite que a localização de um objeto seja estimada pela força do sinal que ele emite. Este método é menos eficaz devido ao impacto negativo de objetos estacionários e em movimento ao redor do transmissor no sinal. É popular em redes sem fio, por exemplo, Bluetooth, Wi-fi, Fio, e ZigBee.
Multilateração
Este método é aplicável quando a rede contém três ou mais dispositivos de transporte. Você pode medir a distância até o objeto alvo assim que a distância entre alguns objetos de referência for obtida. O método de três camadas envolve modelagem matemática e é comumente usado para melhorar a precisão de posicionamento do Wi-Fi, Bluetooth, ultrassom, e UWB.
Triangulação
Este é outro método baseado em cálculo matemático. A triangulação mede a distância até um objeto construindo triângulos entre pontos de referência ao seu redor. A triangulação é um método adicional de localização de Wi-Fi, Bluetooth, e sistemas UWB.
Acerto de contas
Este é um método comum de rastreamento de localização interna usado pela IMU para detectar a localização do alvo, combinando a posição e velocidade conhecidas com o cálculo da trilha.. À medida que o erro de posição se acumula com o tempo, a precisão deste método não é alta.
BATER
Algoritmos SLAM usam dados de sensores ou câmeras para construir um mapa da localização do alvo. IMU e sistemas de visão computacional usam este método para monitorar o movimento e localização de objetos.
Considerações que influenciam sua escolha de tecnologia de sistema de posicionamento interno
Para determinar qual tecnologia é adequada para construir seu próprio IPS, você precisa considerar uma variedade de fatores e equilibrá-los de acordo com as especificações exigidas para o projeto.
Precisão:
A precisão é a principal característica da maioria dos sistemas de mapeamento interno. Uma boa solução geralmente requer implantação flexível, o que adiciona custo e complexidade. Então, quando o posicionamento preciso não é uma consideração importante, você pode optar por mais barato, técnicas mais simples. A tabela abaixo fornece a melhor precisão normalmente obtida por vários sistemas de posicionamento interno.
Cobertura e extensibilidade:
Cobertura é a área onde as informações de localização estão disponíveis. Técnicas com maior cobertura podem significar menos precisão.
Adaptabilidade:
Mudanças no ambiente podem afetar o desempenho do sistema. Portanto, quando a precisão é necessária, a capacidade de lidar com essas mudanças é essencial.
Taxa de amostragem fatorial:
O número de localizações obtidas por segundo é outra característica essencial, especialmente para sistemas com complexidade que necessitam de mais poder de computação e energia.
Custo:
Custo de implantação, custo de operação, e o custo de manutenção durante o ciclo de vida do sistema devem ser levados em consideração. Algumas tecnologias requerem uma instalação fixa, enquanto outros são móveis ou podem usar a infraestrutura existente. Tais técnicas geralmente exigem calibração e consomem muito tempo, o que resulta em mais custos, especialmente quando a instalação não é permanente.
Por que usar Bluetooth IPS
Versões anteriores da tecnologia de localização interna Bluetooth permitiam que ela fosse usada como uma solução de proximidade baseada na abordagem RSSI, apoiado por uma abordagem de três níveis. A precisão do posicionamento varia de 1 metro a vários metros. A introdução da tecnologia BLE em 2010 versão 4.0 torna-o uma solução com baixo consumo de energia. Várias de suas vantagens incluem:
- Baixo consumo de energia e baixo custo
Este recurso o torna um padrão de RF ideal para uso em beacons, Sensores BLE, e etiquetas de ativos ou pessoais. - Fácil implantação
A fácil implantação e as opções flexíveis de hardware podem ser ligadas ou independentes da rede e facilmente integradas ao ecossistema Bluetooth. - Tecnologia extensível
Estenda a tecnologia para vários casos de uso com reconhecimento de localização — da detecção de dispositivo Bluetooth, acompanhamento de bens, localização interna, e orientação para serviços de bairro, etc.
Ao longo do tempo, a tecnologia ganhou novos upgrades. No 2017, Bluetooth 5 criou redes mesh altamente escaláveis que fornecem comunicação não hierárquica muitos-para-muitos. As redes mesh podem ser integradas em sistemas de posicionamento interno para ampliar suas funções e melhorar a precisão do posicionamento. O lançamento da versão 5.1 no 2019 abre mais oportunidades para serviços de localização Bluetooth. Além do RSSI, o novo recurso de localização de direção permite que o sistema use suporte de triangulação AoD e AoA e detecte posições alvo com maior precisão. Portanto, Bluetooth 5.1 abre as portas para uma ampla gama de aplicações da tecnologia em soluções IPS e RTLS, além de soluções adjacentes.
Bluetooth IPS tem alguns pontos fortes óbvios em relação a outras soluções baseadas em rádio. Primeiro, O sistema de posicionamento interno Bluetooth é muito eficiente em termos energéticos, que garante a longa vida dos sistemas sem fio. Em segundo lugar, sua nova versão oferece tecnologia de posicionamento avançada e melhora a precisão até o nível centimétrico.
O Bluetooth está em todo lugar. De acordo com a atualização do mercado Bluetooth 2020, as remessas anuais de dispositivos de serviço Bluetooth baseados em localização cresceram de 4 milhões de unidades em 2015 para 186 milhões de unidades em 2020. A previsão é que esse número atinja 538 milhões até 2024. O BLE é encontrado na maioria dos chips e vem pré-instalado na maioria dos dispositivos móveis modernos, como smartphones. Isso simplifica muito a implantação e implementação de tecnologia.
Abaixo está uma lista das diferenças entre o Bluetooth e outros parâmetros de tecnologia RF para que você possa determinar qual é o certo para você com base em suas necessidades..
Como funciona o sistema de posicionamento interno Bluetooth?
A solução BLE IPS utiliza beacons ou sensores para localizar e detectar dispositivos de transmissão Bluetooth, como etiquetas de trilha, e smartphones em um espaço interno. Os dados de localização obtidos de sensores ou enviados de beacons para dispositivos móveis são então absorvidos por vários aplicativos baseados em localização e traduzidos em insights que suportam vários casos de uso com reconhecimento de localização.
Posicionamento BLE com sensores
O posicionamento do sensor BLE usa Sensores BLE implantado em posições fixas em todo o espaço interior. Sensores localizam e detectam passivamente transmissões de smartphones BLE, tags de rastreamento de ativos, faróis, vestível, crachás de localização de pessoal, e outros dispositivos Bluetooth com base na intensidade do sinal do dispositivo de transmissão que recebem. Os dados de localização são então entregues a um IPS ou RTLS central. O mecanismo de posicionamento analisa os dados e usa vários algoritmos para determinar a posição do transmissor. Essas coordenadas podem ser utilizadas para visualizar a posição em um mapa interno do seu espaço, ou para outros fins, dependendo da aplicação de localização específica.
Posicionamento BLE com Beacons
O farol de baixa altitude sinalizou repetidamente baixa altitude. Os sinais são detectados por dispositivos ao redor, como sensores e smartphones habilitados para BLE. Implantado em locais fixos em todo o espaço interior, o farol transmite continuamente sinais contendo seu identificador exclusivo. Este código de identificação é enviado periodicamente com outros dados dependendo do protocolo de comunicação do beacon escolhido. Um dispositivo sem fio habilitado com um serviço pré-configurado ou aplicativo dedicado receberá sinais de um beacon ou entregará essas informações a um servidor de maneira centrada no servidor dentro do alcance do beacon. A detecção entre dispositivos e beacons pode permitir um serviço de localização baseado em proximidade que determina se os beacons e os dispositivos estão dentro do alcance um do outro. A comunicação entre dispositivos sem fio ou três ou mais beacons pode ser usada para passar o dispositivo de posicionamento multinacional RSSI, colocando estrategicamente vários beacons no espaço interior. A localização do dispositivo identificada pode desencadear ações específicas ou ser usada para uma variedade de aplicações ou serviços, dependendo da aplicação. Você também pode implantar um farol em objetos em movimento e localizá-los por sensores Bluetooth fixos.
Caso de uso de posicionamento interno Bluetooth
Existem várias soluções que suportam Bluetooth IPS.
Acompanhamento de bens
Organizações em muitos setores podem usar sistemas de localização interna Bluetooth para rastrear a localização e o status em tempo real de ativos e equipamentos críticos.
- Espaço Empresarial: Melhore a alocação de recursos e produtividade criando uma imagem clara de equipamentos e recursos em grandes campus e instalações empresariais
- Cuidados de saúde: Localize e rastreie rapidamente a localização de equipamentos críticos, como cadeiras de rodas e ventiladores, adicionando recursos de rastreamento de ativos
- Fabricação inteligente: Cria visibilidade da localização e movimento dos dispositivos, maquinas, e recursos
- Gerenciamento de armazenagem: Combina rastreamento de ativos para localizar ferramentas, inventário, e equipamentos em grandes instalações
Pessoal e rastreamento de pessoal
As organizações podem utilizar sensores, Balizas BLE, e tags de pessoas para criar visibilidade da localização de funcionários e pessoas.
- Detecção de dispositivo sem fio: Instalações preocupadas com a segurança, como edifícios corporativos e governamentais, podem utilizar sensores para detectar BLE e outros dispositivos emissores de RF em seus espaços internos.
- Otimização do local de trabalho: Aumente a produtividade e a eficiência operacional utilizando etiquetas de baixo custo, como crachás de funcionários, para dar visibilidade à utilização do espaço e onde os funcionários estão no seu espaço.
- Segurança dos funcionários: Crie espaços internos mais seguros, localizando ou notificando rapidamente os funcionários em caso de emergência ou evacuação.
- Preparação para o local de trabalho: Apoiar requisitos e protocolos regulatórios para ajudar a prevenir e mitigar a propagação de doenças em todo o seu espaço, usar ferramentas que permitam orientação eficaz sobre higiene, rastreamento de contato, conscientização sobre o cumprimento do distanciamento físico, etc.
Servico de localização
Usando o posicionamento interno BLE, as organizações podem criar edifícios inteligentes que utilizam a localização para facilitar uma variedade de interações, Mensagens, e outras funções.
- Mensagens de proximidade: Melhore as experiências atraentes dos clientes identificando destinos próximos aos ativos e usuários, e usar esses dados para envolver diretamente os visitantes com conteúdo hiperlocal, como pontos de interesse próximos a campanhas de marketing de cupons
- Geo-esgrima: Crie limites geográficos virtuais em torno de diferentes áreas do espaço interior que desencadeiam ações específicas quando o usuário entra, saídas, ou reside em uma área específica
- Compartilhamento de localização: Permite que os usuários escolham compartilhar onde moram, ou para localizar outras pessoas, incluindo familiares, amigos, ou colegas, dentro de grandes edifícios
Navegação interna
O sistema de navegação interior e localização de caminhos via localização Bluetooth torna o espaço instantaneamente familiar e explorável.
- Navegação interna: Melhore melhores experiências internas para setores como transporte de hotéis de varejo, saúde corporativa, etc.
- Navegação com ponto azul: Com beacons BLE e outras tecnologias de localização interna, as organizações podem usar a experiência do ponto azul para navegação e localização de caminhos passo a passo
Negócios Inteligentes
Bluetooth IPS pode ser usado para obter dados de localização que podem ser traduzidos em incríveis insights de negócios. Localiza e monitora a movimentação de pessoas, ativo, e equipamento, e depois analisar os dados. A sua divisão de negócios pode ser mais inteligente e informada criando visualizações de como os visitantes interagem com os espaços interiores.
Como implementar a localização interna Bluetooth
A implementação de projetos de localização interna de baixo consumo de energia Bluetooth dependerá de suas especificações, orçamento, e capacidades técnicas. A primeira coisa que você deve decidir é se deseja construir o IPS do zero ou integrá-lo a uma solução existente. A escolha do seu método de posicionamento depende disso.
Se a sua versão do Bluetooth for inferior a 5.1, então RSSI mais trióxido é sua única opção. Esta abordagem se aplica a soluções adjacentes destinadas aos seguintes propósitos:
- Partilhando informação;
- Localizando pontos de interesse e itens;
- Melhorando serviços.
Em um de nossos projetos, um grande shopping center aplicou nosso Soluções de posicionamento interno BLE. Proprietários de empresas usam-no para marketing, como informar os visitantes sobre descontos e ofertas promocionais. O cliente nos pediu para criar um IPS com beacon BLE que pudesse se comunicar com aplicativos móveis via Bluetooth 4.0. Depois que a localização do usuário do aplicativo for determinada, o sistema pode fornecer-lhes informações relevantes.
Um SDK móvel que lê sinais de transmissores e envia dados de beacon para a nuvem é criado e fornecido a você. Para suportar medições RSSI, trilateração é usada para calcular a localização dos usuários do aplicativo. Portanto, a precisão de posicionamento pode alcançar 1 metro.
Os cálculos de localização podem ser feitos em um aplicativo ou em um servidor em nuvem. Os dispositivos móveis executam esta função quando a conexão de rede está instável ou indisponível. Isso é árduo, mas não há necessidade de sempre implantar o servidor e conectar-se a ele. Se você deseja construir aplicativos leves com baixo consumo de energia, então você pode executar a estimativa no servidor.
O número de beacons instalados no dispositivo também é um recurso que afeta a precisão do posicionamento. Portanto, localizar o alvo corretamente, é necessário garantir que a densidade do farol seja alta o suficiente. Nosso Bluetooth IPS suporta inúmeros beacons com uma densidade de pelo menos 3-4 dispositivos por 200m².
Usamos o protocolo iBeacon para localização interna do Bluetooth Beacon, outros protocolos como AltBeacon e Eddystone do Google também podem ser suportados. Implementamos rastreamento de localização interna com beacons de proximidade Bluetooth. Adicionamos novos recursos, vida útil prolongada da bateria do farol, e melhorou a eficiência do sistema personalizando beacons. Se o seu sistema suportar a versão mais recente da especificação Bluetooth, então AoA e AoD podem ser sua opção para posicionamento preciso na implantação de serviços de localização Bluetooth, como localização de caminhos e localização ou rastreamento em tempo real.
Quanto ao AoD, sinais de múltiplas antenas em um transmissor foram lidos por um receptor com uma única antena. Cada sinal atinge um certo ângulo com um certo ToA. Podemos medir o AoD e a distância entre o transmissor e o receptor conhecendo a distância entre as antenas do transmissor e o intervalo de tempo entre os sinais.
O princípio de funcionamento do método AoA é semelhante, mas é ao contrário: um transmissor envia sinais de uma antena para múltiplas antenas do dispositivo receptor.
Se a rede contiver mais de um dispositivo, a triangulação pode ser usada como um método de posicionamento auxiliar para melhorar a precisão. Para minimizar a imprecisão dos cálculos de posição, algoritmos de filtragem, como a filtragem de Kalman, podem ser usados para verificar dados.
Como acontece com qualquer IPS, usar Bluetooth para locais internos não é uma solução perfeita, pois pode estar repleto de erros e desafios. O maior desafio do Bluetooth IPS é detectar sinais em ambientes ruidosos. Implantar um sistema de localização local em um ambiente estático é mais fácil. Se o Bluetooth IPS funcionar em uma instalação ou sala cheia de objetos em movimento, é muito mais difícil manter a integridade do sinal e localizar objetos corretamente. Isto pode ser melhorado aumentando o número de beacons por metro quadrado na instalação.
Para garantir que seu sistema de localização interna baseado em BLE esteja funcionando corretamente, você deve criar um mapa detalhado do local onde planeja implantar o sistema.
Conclusão
Bluetooth é uma tecnologia IPS amplamente utilizada que fornece estabilidade de conexão com consumo mínimo de energia. Se você deseja garantir que um BLE IPS é uma tecnologia adequada para o seu projeto, não hesite em contactar-nos. Temos vasta experiência na construção de SDKS, personalizando beacons, Aplicações Móveis, plataformas em nuvem, e outras soluções necessárias para implantar serviços de localização.
