Система позиционирования проникла во все аспекты нашей жизни, среди которых технология спутниковой навигации и географических данных является наиболее зрелой технологией позиционирования. тем не мение, эти технологии больше подходят для использования в открытой наружной среде за счет блока внутренних строительных материалов, что приводит к плохому сигналу, вот почему появилась внутренняя система позиционирования. Существует множество систем внутреннего позиционирования., каждая из которых имеет свою подходящую отрасль применения, а Bluetooth используется в различных отраслях и считается одним из будущих систем IPS IoT.. В этой статье, вы узнаете, что такое IPS, какие виды внутренней системы позиционирования обычно используются, почему вы должны выбрать Bluetooth IPS, и как их реализовать.
Что такое внутренняя система позиционирования?
Внутренняя система позиционирования относится к сети оборудования, которая может определять местонахождение людей или объектов в помещении.. Обычно состоит из двух отдельных элементов.: теги привязки и позиции. Якорь — это устройство, например маяк или реле, стратегически расположен в определенном пространстве. Метки переносятся людьми или вещами. Якорь либо активно находит мобильное устройство и тег, или предоставляет местоположение среды или контекст для устройства, чтобы знать о.
8 типы IPS ( внутренняя система позиционирования)
На рынке представлены различные IPS. мы перечислили 8 широко используемые технологии позиционирования внутри помещений на основе их типов сигналов, среди которых технология Rf является наиболее широко используемой.
Радиочастота
Общие радиочастотные технологии включают RFID, ВАЙ-ФАЙ, блютуз, Зигби, и СШП. На основе радиочастотных сигналов, положение цели определяется с помощью радиосигналов, передаваемых от передатчика к приемнику.
ВАЙ-ФАЙ & блютуз
Wi-Fi и Bluetooth могут работать на основе существующей сетевой инфраструктуры. Простота установки и низкая стоимость. Его основной принцип работы заключается в использовании мощности принятого сигнала. (RSS), зависит от расстояния между отправителем и получателем. Для расчета местоположения мобильных устройств можно использовать три измерения, просто измеряя RSS тега для нескольких маяков Bluetooth или точек доступа Wi-Fi..
Различные материалы по-разному влияют на сигналы Wi-Fi и Bluetooth., что влияет на точность сигналов. Чтобы преодолеть эту проблему, некоторые IPS создают RSS-карты определенных областей на основе определенных калибровок. Их точность IPS может быть 1-2м.
Хотя их основные принципы одинаковы, они отличаются в некоторых моментах. С одной стороны, WIFI предлагает большое покрытие, потребляя много энергии. С другой стороны, Bluetooth IPS потребляет меньше энергии, но покрытие относительно небольшое. блютуз 4.0 имеет идеальный максимальный диапазон 100 м высокая скорость передачи данных (вплоть до 2.1 Мбит / с), в то время как BLE имеет только около 60 m LOS и существенно сниженная скорость передачи данных (125кбит / с).
RFID
Электромагнитные поля используются для идентификации и отслеживания меток, прикрепленных к объектам и людям.. RFID — технология бесконтактной идентификации., он отправляет и принимает радиочастотные сигналы в диапазоне от 125 кГц до 5,8 ГГц. Считыватели и RFID-метки сформировали систему. RFID делится на три вида, которые являются пассивными RFID, полупассивный RFID, и активный RFID.
Считыватель посылает импульсы на пассивную метку, какой ответ на запрос читателя путем возврата идентификационной информации.
- Пассивные теги дешевы, но могут хранить всего несколько килобайт памяти., а читатель не может получить больше метра информации.
- Антенна и общая функция полупассивной RFID аналогичны пассивной RFID., с бирками для питания от батарей и другими простыми функциями.
- Активная RFID может обеспечить диапазон около 100 метров и может хранить больше информации, но и стоит дороже.
RFID не нуждается в инфракрасных системах, и не предоставляет информацию об отслеживании, и они могут быть нарушены в средах, где есть жидкость, металл, или другие источники радиопомех.
Зигби
Zigbee — это маломощный и недорогой стандарт беспроводной ячеистой сети для устройств с батарейным питанием, используемых в беспроводных приложениях управления и мониторинга.. Он состоит из четырех дополнительных компонентов.: прикладной уровень, ЗДО, сетевой уровень, и прикладные объекты, указанные производителями. Умная энергия Zigbee 2.0 спецификация определяет протокол связи на основе интернет-протокола для мониторинга, контроль, уведомление, и автоматизация доставки и использования энергии и воды, из которых внутреннее позиционирование является лишь одной из функций.
UWB
Радиочастотная технология UWB представляет собой систему позиционирования, основанную на UWB. Это радиотехнология для ближнего действия., высокоскоростная связь с высокой устойчивостью к многолучевому распространению и степенью проницаемости строительных материалов, которая делает его подходящим для типичных внутренних помещений, где линия прямой видимости обычно находится вне поля зрения.. Кроме того, большая полоса пропускания означает более высокое временное разрешение. Это позволяет измерить время полета между отправителем и получателем., что приводит к лучшим оценкам расстояния, чем RSS. Следовательно, система UWB использует трехуровневые измерения для оценки расстояния набора из не менее трех якорей, развернутых из окружающей среды, для оценки положения меток.. Точность UWB на данный момент лучшая среди IPS, с ошибкой около 30-50 сантиметры.
Недостатком UBW IPS является то, что она потребляет большую часть полосы частот и требует специального развертывания.. Для предотвращения помех между другими радиочастотными сигналами, существуют юридические ограничения, разрешающие диапазоны частот от 3,1 ГГц до 10,6 ГГц.. Мощность сигнала ограничена. Если системе требуется передача загрузки данных, рабочий диапазон должен быть ограничен 100 м.
Ультразвуковая система
Эти системы основаны на эхолокации и измеряют период времени, в течение которого излучаемый ультразвуковой сигнал возвращается к приемнику.. Например, акустическая навигация и дальнометрия (сонар) используется для обнаружения подводных объектов. Он использует время полета для расчета расстояния между ними.. Как только есть три доступных расстояния по крайней мере, вы можете рассчитать местоположение с помощью трилатерации.
Ультразвуковые системы не очень часто используются в приложениях. Требуется размещение нескольких якорей и маяков Bluetooth.. Точность может достигать субметра. тем не мение, на ультразвуковые сигналы, как правило, влияют помехи от твердых материалов, таких как здания.
Инфракрасный свет
Этот IPS требует беспрепятственной прямой видимости (THE) между тегом и якорем. Он считается очень ответственным комнатным детектором.. Для точного позиционирования необходимо установить множество привязок, и могут возникнуть трудности из-за низкого качества измерений уровня сигнала, необходимых для оценки местоположения с помощью нескольких привязок.. В VR-гарнитурах в настоящее время используется аналогичный подход., использование нескольких источников света и отражающих объектов для точного определения местоположения людей в комнате.
ИДУ
Система внутреннего позиционирования IMU включает в себя инерциальный измерительный блок. (ИДУ), который использует датчики, такие как акселерометры, гироскопы, и магнитометры для отслеживания движения объектов в трехмерном пространстве.
Определение направления движения зависит от датчиков, который может обеспечить оценку относительного движения предыдущей позиции. Комбинируя все сигналы с алгоритмами, такими как счисление пути, можно получить информацию..
IMU не требует использования якорей в окружающей среде.. тем не мение, Точность IMU не так высока, как у ранее представленных систем, его ошибки со временем накапливаются и через несколько секунд достигают порядка метров. По этой причине, IMU часто использует его в сочетании с другими технологиями.. Кроме того, возможность обнаружения движения может быть использована для определения того, остановился ли участник, который носит метку..
Различные методы внутреннего позиционирования
Внедрить технологию внутренней локации, вам могут понадобиться разные методы локации с разными аппаратными и программными решениями. Следовательно, вы можете использовать метки для отслеживания движущихся объектов, или маяки, если объект неподвижен. Теги обычно меньше и легче, чем маяки; тем не мение, все они имеют множество конфигураций, различающихся по цене и сложности. Вы можете запрограммировать устройство по мере необходимости.
По типу и технологии IPS, методы локализации можно классифицировать следующим образом:
AoA / AoD
AoA и AoD рассчитывают угол, под которым сигнал, передаваемый передатчиком, достигает приемного устройства.. Они требуют нескольких датчиков и, следовательно, требуют дополнительных затрат на оборудование., но хорошо то, что они обеспечивают лучшую точность. AoA и AoD обычно реализуются в системах позиционирования, использующих Bluetooth..
RSSI
RSSI позволяет оценить местоположение объекта по силе излучаемого им сигнала.. Этот метод менее эффективен из-за негативного влияния стационарных и движущихся объектов вокруг передатчика на сигнал.. Популярен в беспроводных сетях, Например, блютуз, Вай-фай, Нить, и ZigBee.
Мультилатерация
Этот метод применим, когда сеть содержит три и более транспортных устройства.. Вы можете измерить расстояние до целевого объекта, как только будет получено расстояние между некоторыми эталонными объектами.. Трехслойный метод включает математическое моделирование и обычно используется для повышения точности позиционирования Wi-Fi., блютуз, УЗИ, и СШП.
Триангуляция
Это еще один метод, основанный на математическом расчете.. Триангуляция измеряет расстояние до объекта путем построения треугольников между опорными точками вокруг него.. Триангуляция — дополнительный метод определения местоположения Wi-Fi., блютуз, и СШП системы.
Счисление
Это распространенный метод отслеживания местоположения в помещении, используемый IMU для определения местоположения цели путем объединения известной позиции и скорости с расчетом трека.. Поскольку ошибка позиционирования со временем накапливается, точность этого метода не высока.
ХЛОП
Алгоритмы SLAM используют данные датчиков или камер для построения карты местоположения цели.. IMU и системы компьютерного зрения используют этот метод для отслеживания движения и местоположения объектов..
Соображения, влияющие на ваш выбор внутреннего позиционирования Системная технология
Определить, какая технология подходит для построения собственной IPS, вам необходимо учитывать множество факторов и сбалансировать их в соответствии со спецификациями, необходимыми для проекта.
Точность:
Точность — главная характеристика большинства картографических систем для помещений.. Хорошее решение часто требует гибкого развертывания, что увеличивает стоимость и сложность. Поэтому, когда точное позиционирование не является ключевым фактором, можно выбрать дешевле, более простые техники. В таблице ниже приведены наилучшие значения точности, обычно получаемые несколькими системами позиционирования внутри помещений..
Покрытие и расширяемость:
Покрытие — это область, в которой доступна информация о местоположении.. Методы с большим охватом могут означать меньшую точность.
Адаптивность:
Изменения в среде могут повлиять на производительность системы.. Следовательно, когда нужна точность, способность справляться с этими изменениями имеет важное значение.
Коэффициент дискретизации:
Количество местоположений, полученных в секунду, является еще одной важной характеристикой., особенно для сложных систем, которым требуется больше вычислительной мощности и энергии.
Расходы:
Стоимость развертывания, стоимость операции, и стоимость обслуживания в течение жизненного цикла системы должны быть приняты во внимание. Некоторые технологии требуют стационарной установки, в то время как другие мобильны или могут использовать существующую инфраструктуру. Такие методы часто требуют калибровки и отнимают много времени., что приводит к большей стоимости, особенно когда установка не постоянная.
Зачем использовать Bluetooth IPS
Более ранние версии технологии Bluetooth для определения местоположения в помещении позволяли использовать ее в качестве решения для обеспечения близости на основе подхода RSSI., поддерживается трехуровневым подходом. Точность позиционирования колеблется от 1 метра до нескольких метров. Внедрение технологии BLE в 2010 версия 4.0 делает его решением с низким энергопотреблением. Некоторые из его преимуществ включают:
- Низкое энергопотребление и низкая стоимость
Эта функция делает его идеальным радиочастотным стандартом для использования в радиомаяках., BLE-датчики, и теги активов или персонала. - Простое развертывание
Простое развертывание и гибкие варианты аппаратного обеспечения могут быть в сети или независимо от сети и легко интегрироваться в экосистему Bluetooth.. - Растягивающаяся технология
Расширьте технологию до нескольких вариантов использования с учетом местоположения — от обнаружения устройства Bluetooth, отслеживание активов, внутреннее расположение, и навигация к соседним службам, так далее.
Со временем, технология получила новые обновления. В 2017, блютуз 5 создали хорошо масштабируемые ячеистые сети, которые обеспечивают неиерархическую связь «многие ко многим».. Ячеистые сети могут быть интегрированы в системы позиционирования внутри помещений для расширения их функций и повышения точности позиционирования.. Выход версии 5.1 в 2019 открывает больше возможностей для служб определения местоположения Bluetooth. В дополнение к РССИ, новая возможность пеленгации позволяет системе использовать поддержку триангуляции AoD и AoA и определять положение целей с большей точностью. Следовательно, блютуз 5.1 открывает дверь для широкого спектра применений технологии в решениях IPS и RTLS в дополнение к смежным решениям.
Bluetooth IPS имеет очевидные преимущества перед другими решениями на основе радиосвязи.. Первый, Система внутреннего позиционирования Bluetooth очень энергоэффективна, что обеспечивает длительный срок службы беспроводных систем. Во-вторых, его новая версия обеспечивает передовую технологию позиционирования и повышает точность до сантиметрового уровня..
Bluetooth везде. Согласно обновлению рынка Bluetooth 2020, ежегодные поставки сервисных устройств Bluetooth с определением местоположения выросли с 4 миллионов единиц в 2015 к 186 миллионов единиц в 2020. Ожидается, что это число достигнет 538 миллионов к 2024 году. BLE присутствует в большинстве чипов и предустановлен на большинстве современных мобильных устройств, таких как смартфоны.. Это значительно упрощает развертывание и внедрение технологий..
Ниже приведен список различий между Bluetooth и другими параметрами радиочастотной технологии, чтобы вы могли определить, какой из них подходит именно вам, исходя из ваших потребностей..
Как работает система внутреннего позиционирования Bluetooth?
Решение BLE IPS использует маяки или датчики для обнаружения и обнаружения передающих устройств Bluetooth, таких как метки дорожек., и смартфоны во всем помещении. Данные о местоположении, полученные от датчиков или отправленные с маяков на мобильные устройства, затем поглощаются различными приложениями на основе определения местоположения и преобразовываются в идеи, которые поддерживают несколько вариантов использования с учетом местоположения..
BLE-позиционирование с датчиками
Позиционирование датчика BLE использует BLE-датчики развернуты в фиксированных положениях во внутреннем пространстве. Датчики пассивно обнаруживают и обнаруживают передачи смартфонов BLE., теги отслеживания активов, маяки, носимый, значки местоположения персонала, и другие устройства Bluetooth в зависимости от силы сигнала передающего устройства, которое они принимают.. Затем данные о местоположении доставляются в центральную IPS или RTLS.. Механизм позиционирования анализирует данные и использует несколько алгоритмов для определения положения передатчика.. Эти координаты можно использовать для визуализации положения на внутренней карте вашего пространства., или для других целей, в зависимости от конкретного применения местоположения.
Позиционирование BLE с маяками
Маяк малой высоты неоднократно сигнализировал о малой высоте.. Сигналы обнаруживаются устройствами вокруг, такие как датчики с поддержкой BLE и смартфоны. Размещены в фиксированных местах по всему внутреннему пространству, маяк непрерывно транслирует сигналы, содержащие его уникальный идентификатор. Этот идентификационный код периодически отправляется с другими данными в зависимости от выбранного протокола связи маяка.. Беспроводное устройство с предварительно настроенной службой или специальным приложением будет получать сигналы от маяка или доставлять эту информацию на сервер серверно-ориентированным способом в пределах диапазона маяка.. Обнаружение между устройствами и маяками может включить службу определения местоположения на основе близости, которая определяет, находятся ли маяки и устройства в пределах досягаемости друг друга.. Связь между беспроводными устройствами или тремя или более маяками может использоваться для прохождения многонационального устройства позиционирования RSSI путем стратегического размещения нескольких маяков во внутреннем пространстве.. Идентифицированное местоположение устройства может инициировать определенные действия или использоваться для различных приложений или служб в зависимости от приложения.. Вы также можете развернуть маяк на движущихся объектах и определить их местонахождение с помощью стационарных датчиков Bluetooth..
Вариант использования внутреннего позиционирования Bluetooth
Существует несколько решений, поддерживающих Bluetooth IPS..
Отслеживание активов
Организации во многих отраслях могут использовать внутренние системы определения местоположения Bluetooth для отслеживания в режиме реального времени местоположения и состояния критически важных активов и оборудования..
- Корпоративное пространство: Улучшите распределение ресурсов и производительности, создав четкую картину оборудования и ресурсов в кампусах и объектах крупных предприятий.
- Здравоохранение: Быстро находите и отслеживайте местонахождение критически важного оборудования, такого как инвалидные коляски и аппараты ИВЛ, добавляя возможности отслеживания активов.
- Умное производство: Создает видимость местоположения и перемещения устройств, машины, и ресурсы
- Управление складом: Сочетает отслеживание активов для поиска инструментов, инвентарь, и оборудование на крупных объектах
Персонал и отслеживание персонала
Организации могут использовать датчики, Маяки BLE, и теги людей, чтобы обеспечить видимость местонахождения сотрудников и людей.
- Обнаружение беспроводного устройства: Заботящиеся о безопасности объекты, такие как корпоративные здания и правительственные учреждения, могут использовать датчики для обнаружения BLE и других радиочастотных излучающих устройств во внутренних помещениях.
- Оптимизация рабочего места: Повысьте производительность и операционную эффективность за счет использования недорогих меток, таких как значки сотрудников, чтобы обеспечить видимость использования пространства и того, где сотрудники находятся в вашем пространстве..
- Безопасность сотрудников: Создавайте более безопасные внутренние пространства, быстро определяя местонахождение или уведомляя сотрудников в случае чрезвычайной ситуации или эвакуации..
- Готовность к работе: Поддерживать нормативные требования и протоколы, чтобы помочь предотвратить и смягчить распространение болезней по всему их пространству., использовать инструменты для обеспечения эффективного руководства по гигиене, отслеживание контактов, осведомленность о соблюдении физического дистанцирования, так далее.
Служба определения местоположения
Используя внутреннее позиционирование BLE, организации могут создавать умные здания, которые используют местоположение для облегчения различных взаимодействий, обмен сообщениями, и другие функции.
- Обмен сообщениями о близости: Повышайте привлекательность клиентского опыта, определяя пункты назначения рядом с активами и пользователями., и использовать эти данные, чтобы напрямую привлекать посетителей с гиперлокальным контентом, таким как достопримечательности рядом с рекламными кампаниями по купонам.
- Гео-фехтование: Создавайте виртуальные географические границы вокруг различных областей внутреннего пространства, которые вызывают определенные действия при входе пользователя., выходит, или проживает в определенной области
- Обмен местоположением: Позволяет пользователям выбирать, где они живут, или найти других людей, включая членов семьи, друзья, или коллеги, внутри больших зданий
Внутренняя навигация
Внутренняя навигация и система поиска пути через Bluetooth делают пространство мгновенно знакомым и доступным для изучения..
- Внутренняя навигация: Повышение качества обслуживания в помещении для таких отраслей, как транспорт в розничных отелях., корпоративное здравоохранение, так далее.
- Синяя точка навигации: С маяками BLE и другими технологиями определения местоположения в помещении, организации могут использовать синюю точку для круговой навигации и поиска путей
Умный бизнес
Bluetooth IPS можно использовать для получения данных о местоположении, которые можно преобразовать в потрясающие бизнес-идеи.. Он находит и контролирует передвижение людей, объект, и оборудование, а затем анализировать данные. Ваше бизнес-подразделение может стать умнее и информативнее, создав визуализацию того, как посетители взаимодействуют с внутренним пространством..
Как реализовать местоположение Bluetooth в помещении
Реализация проектов Bluetooth с низким энергопотреблением в помещении будет зависеть от ваших требований., бюджет, и технические возможности. Первое, что вы должны решить, это строить IPS с нуля или интегрировать ее в существующее решение.. Выбор вашего метода позиционирования зависит от этого.
Если ваша версия Bluetooth ниже 5.1, тогда RSSI плюс триоксид - ваш единственный вариант. Этот подход применяется к смежным решениям, предназначенным для следующих целей:
- Обмен информацией;
- Поиск достопримечательностей и предметов;
- Улучшение услуг.
В одном из наших проектов, один крупный торговый центр применил наши Решения BLE для внутреннего позиционирования. Владельцы бизнеса используют его для маркетинга, например, информирование посетителей о скидках и рекламных предложениях. Клиент попросил нас создать IPS с маяком BLE, который может общаться с мобильными приложениями через Bluetooth. 4.0. После определения местоположения пользователя приложения, система может предоставить им соответствующую информацию.
Создан и предоставлен вам мобильный SDK, который считывает сигналы с передатчиков и отправляет данные маяков в облако.. Для поддержки измерений RSSI, трилатерация используется для вычисления местоположения пользователей приложения. Следовательно, точность позиционирования может достигать 1 метр.
Расчет местоположения можно выполнить в приложении или на облачном сервере.. Мобильные устройства выполняют эту функцию, когда сетевое соединение нестабильно или недоступно.. это трудно, но нет необходимости постоянно разворачивать сервер и подключаться к нему. Если вы хотите создавать легкие приложения с низким энергопотреблением, затем вы можете выполнить оценку на сервере.
Количество маяков, которые вы установили в устройство, также является одной из функций, влияющих на точность позиционирования.. Следовательно, правильно определить цель, необходимо обеспечить достаточно высокую плотность маяков. Наша Bluetooth IPS поддерживает бесчисленное количество маяков с плотностью не менее 3-4 устройств на 200 м².
Мы использовали протокол iBeacon для определения местоположения Bluetooth Beacon в помещении., другие протоколы, такие как AltBeacon и Eddystone от Google, также могут поддерживаться. Мы реализовали отслеживание местоположения в помещении с помощью бесконтактных маяков Bluetooth.. Мы добавили новые функции, увеличенный срок службы батареи маяка, и повысили эффективность системы, настроив маяки. Если ваша система поддерживает последнюю версию спецификации Bluetooth, тогда AoA и AoD могут быть вашим вариантом для точного позиционирования при развертывании служб определения местоположения Bluetooth., такие как поиск пути и местоположение в реальном времени или отслеживание.
Что касается АОД, сигналы от нескольких антенн на передатчике считывались приемником с одной антенной. Каждый сигнал достигает определенного угла с определенным ToA. Мы можем измерить AoD и расстояние между передатчиком и приемником, зная расстояние между антеннами передатчика и временной интервал между сигналами..
Принцип работы метода AoA аналогичен, но это наоборот: передатчик посылает сигналы с одной антенны на несколько антенн приемного устройства.
Если сеть содержит более одного устройства, триангуляцию можно использовать как вспомогательный метод позиционирования для повышения точности. Чтобы свести к минимуму неточность расчетов положения, алгоритмы фильтрации, такие как фильтрация Калмана, могут использоваться для перекрестной проверки данных..
Как и любой IPS, использование Bluetooth для внутренних помещений не является идеальным решением, так как это может быть чревато ошибками и проблемами. Самая большая проблема Bluetooth IPS — обнаружение сигналов в шумной среде.. Развертывание локальной системы определения местоположения в статической среде проще. Если Bluetooth IPS работает в помещении или помещении, заполненном движущимися объектами, гораздо сложнее поддерживать целостность сигнала и правильно определять местоположение объектов. Это можно усилить, увеличив количество маяков на квадратный метр объекта..
Чтобы убедиться, что ваша внутренняя система определения местоположения на основе BLE работает правильно, вам следует создать подробную карту места, где вы планируете развернуть систему.
Заключение
Bluetooth — широко используемая технология IPS, обеспечивающая стабильность соединения при минимальном энергопотреблении.. Если вы хотите убедиться, что BLE IPS подходит для вашего проекта, не стесняйтесь обращаться к нам. У нас большой опыт в создании SDKS, настройка маяков, мобильные приложения, облачные платформы, и другие решения, необходимые для развертывания сервисов определения местоположения.
