Технологии позиционирования RTLS

Технологии позиционирования для работы под открытом небом (Outdoor) и внутри помещений (Indoor) отличаются. Outdoor positioning широкого известны благодаря спутниковой навигации GPS или Glonass. Но какие технологии применяются внутри помещений известно меньше. Какие технологии лучше, сколько стоят, в каких условиях их можно применять? Мы специализируемся на разработке программных решений с использование Indoor позиционирования и навигации.
Технологии позиционирования RTLS
Технологии позиционирования RTLS
Технологии позиционирования для работы под открытом небом (Outdoor) и внутри помещений (Indoor) отличаются. Outdoor positioning широкого известны благодаря спутниковой навигации GPS или Glonass. Но какие технологии применяются внутри помещений известно меньше. Какие технологии лучше, сколько стоят, в каких условиях их можно применять? Мы специализируемся на разработке программных решений с использование Indoor позиционирования и навигации.

Indoor positioning systems (IPS) используют сенсоры и коммуникационные технологии для определения местоположения объекта внутри помещений. В отличии от технологии GPS, где точность позиционирования для коммерческих целей на уровне 5 метров, технологии позиционирования внутри помещений должны быть более точными, например, мерчендайзеры используя технологии навигации должны помочь клиенту определить полку в магазине на которой стоит товар.

Ниже представлен обзор технологий позиционирования:

Технология Точность Покрытие Стоимость Сильная сторона Слабая сторона
Инфракрасный свет 57  см – 2.3 метра комната Стоимость оборудования : высокая

Стоимость владения: низкая

Средняя стоимость Чувствительность к солнечному свету
VLC 10 см здание Стоимость оборудования: высокая

Стоимость владения: низкая

невысокая стоимость, устойчивость Высокое стоимость оборудования
Ultrasonic 1 см – 2 метра комната высокая стоимость хорошая точность стоимость
Wi-Fi до 5 метров здание низкая стоимость владения и оборудования Низкая стоимость, приемлемая точность уязвимость при подключении к точкам доступа
iBeacon 30 см – метры здание низкая стоимость низкая стоимость, хорошая точность требуется отладка при установке
ZigBee 25 см здание стоимость оборудования: низкая

стоимость владения: высокая

возможность использования имеющейся инфраструктуры Zigbee Специальное оборудование, зависимость точность позиционирования от среды
RFID 1-5 метров комната Оборудование: высокая стоимость

Владение: низкая стоимость

Очень низкая стоимость при использовании пассивного оборудования для больших объемов Низкая точность
UWB 15 см Здание Высокая стоимость Высокая точность Высокая стоимость
Пассивные технологии без кодирования сигнала
Геомагнитное поле земли 2 – 5 м Низкая стоимость не требуется инфраструктура, удовлетворительная точность Требуется привязка к координатам гео-карты
Машинное зрение от 1 см до нескольких метров Низкая стоимость Невысокая стоимость Чувствительность к освещению, конфиденциальность
Инертные сенсоры телефона до 2-3 метров Низкая стоимость Невысокая стоимость и приватность данных геолокации Возможны большие погрешности

Сферы применения систем позиционирования внутри помещений

Модуль бронирования переговорных комнат
Реклама, мерчандайзинг. Анализ поведения покупателей, предпочтений. Персонализированные маркетинговые акции и предложения.
Модуль бронирования переговорных комнат
Безопасность труда на производстве. Перемещение людей, контроль посещаемых зон.
Модуль бронирования переговорных комнат
Инвентаризация оборудования. Перемещение оборудования между зданиями, цехами. Отслеживание технологических параметров
Модуль бронирования переговорных комнат
Трудовая дисциплина. Контроль работы персонала. Автоматические средства контроля выполнения работ и регламентов.
Технологии позиционирования
Технологии позиционирования RTLS
Оптические и Инракрасные технологии
Имеют специализированное применение в основном для определения подвижности стационарных объектов. Инфракрасные технологии используют электромагнитное излучение по длине волны больше, чем видимый спектральные свет. Принцип работы основан на диоде в инфракрасном спектре, который излучает невидимый глазу свет и фотодиодном приемнике принимающем пульс света. Оптические технологии это форма электромагнитного излучения, но отличается по своим физическим свойствам, но имеют ограничения при отсутствии видимости луча света.
Технологии позиционирования RTLS
VLC - Visible Light Communication
Технология использует видимый свет для передачи данных. Светодиодные лампочки лучше всего подходят на роль передачи данных. Возможности передачи данных кроются в импульсе : незаметном для глаза включении и отключении света. Каждая лампочка имеет свою степень мерцания, таким образом приемный сенсор получает свет и сравнивает с модуляцией света относительно закодированных схем, так для пользователя с таким сенсором можно определить его местоположение. Самое распространенные приемник для пользователя это мобильный телефон с камерой, которая определяет частоту мерцания света. Известные вендоры, которые предлагают решения на технологии : Philips, Gelighting и ByteLight.
Технологии позиционирования RTLS
Ultrasound
Ultrasonic location based system использует звуковые колебания ниже 20Khz (ниже чувствительности человеческого уха). Принцип работы - эхолокатор, который основан на измерение времени прохождения отраженного сигнала. Существуют пассивные и активные типы систем. Пример активной системы компания Bat system, которая предложила использование метки излучателя для человека и микрофоны улавливающие сигнал, далее по алгоритмам трилатерации происходит расчет местоположения. Также благодаря определению направленности излучения можно определить направление движения. Точность позиционирования на уровне 3 см. Пример пассивной технологии Cricket system, носимая метка пользователя в режиме приемника, а излучателя установлены на потолке. Уязвимость Ultrasonic технологии для активных меток их кол-во, которое влияет на производительность системы позиционирования. Компания Schweinzer and Syafrudin удалось достичь точности в 1 см.
Технологии позиционирования RTLS
Позиционирование на основе Wi-Fi
Технологии позиционирования на основе WIFI получили широкое применение. Известны три модели : (1) Модель распространения сигнала до известной базовой станции; (2) уровень сигнала до нескольких WIFI точек доступа для мультилатерационного метода; (3) Fingerprining : шаблоны известных WIFI станций с определенной силой сигнала, в сопоставлении с записями в базе данных по уровню сигнала в разных локациях здания. Первая система называлась RADAR от Microsoft и работала на методах (1) и (3). Во внимание алгоритма расчета координат принималось расположение стен и пола. Классика жанра позиционирования на WIFI считается Freeloc, где пользователи использовали мобильное приложение. Но в силу того, что все телефоны разные то и отличия по уровню сигнала сказывались на точности. Коммерчески успешный проект от компании Ekahau получил распространение благодаря точности в 3 метра на WIFI. Пользователь должен одеть браслет с WIFI приемником. Данные о местоположении периодическим отправляются на сервер.
Технологии позиционирования RTLS
Технология UWB (ULTRA WIDE BAND)
UWB - основана на передаче сверхширокополосных форм электромагнитных волн, образованных последовательностью коротких импульсов с использованием очень большой полосы пропускания. Сферы применения UWB: кабельное ТВ, отслеживанием перемещения оборудования, высокопроникающие радиолокационные системы, отслеживание перемещения и позиционирование. UWB применяется в системах позиционирования внутри помещений по причине энергоэффективности, высокой точности измерения времени передачи импульсов и многолучевой возможности передачи сигнала. Используется два метода измерения UWB в системах RTLS: Time of Arrival (ToA) и Time Difference Of Arrival (TDOA). IPS на технологии UWB работает на 4-х фиксированно установленных UWB анкерах (считывателях). Расчет локации мобильного пользователя производится по по алгоритмам триангуляции по методу TDoA между приемником и передатчиком. Точность определения местоположения до 1 метра на частотах 528 Мгц. UWB технология имеет ограничения: спектр радиоизлучения очень маленький - интерференция с сигналами WiFi, сотовой связи; сложность калибровки оборудования UWB - трудозатратный процесс; хорошая сеть передачи данных - все считыватели должны иметь синхронизацию со стабильной reat-time IP сетью. Ведущие разработчики решений UWB : Redpoint positioning; DecaWave; Zebra.
Технологии позиционирования RTLS
Indoor positioning на технологии iBeacon
iBeacon работает на технологии Bluetooth и задумывалась, как альтернатива системам позиционирования на Wi-Fi, но с использованием энергосберегающей технологии BLE (Bluetooth Low Energy). Широкое применение Bluetooth на всех гаджетах и смартфонах стала залогом успешного применения iBeacon в Retail и consumer приложениях. Массовое производство гарантирует низкую стоимость инфраструктура на технологии iBeacon. IPS на iBeacon строятся с использованием мобильных телефонов - приемник сигнала и iBeacon маяки - трансмитер (передатчик) сигнала, установленные стационарно в помещении. Второй вариант реализации - RTLS на iBeacon : стационарно установленные шлюзы (приемник) iBeacon и мобильные iBeacon маяки (передатчик сигнала). Построение системы позиционирования на Bluetooth по методу Feldmann использует триангуляцию на RSSI сигнале и точностью позиционирования 2-3 метра. На точность влияет искажения сигнала, т.к. точность сильно падает при нахождении, например, человека между приемником и передатчиков и углом направления BLE сигнала. Коммерческое использование iBeacon предложила компания Apple. Определение расстояния по уровню сигнала возможно на расстояниях до 50 см, от 50 см до 2-5 метров и 2-5 метров до 30 метров. Точность зависит также от физических барьеров. Bluetooth сигнал имеет не стабильные измерения, поэтому разработчики RTLS систем на iBeacon применяют finger print методы для повышения точности. измерений.
Технологии позиционирования RTLS
Технологии позициониования внутри помещений на RFID
Radio Frequency Identification (RFID) - использует радиоволны для генерации импульса с ответом в виде уникального идентификатора RFID меткой. Система состоит из считывателя RFID и меток RFID. Метка или транспондер RFID имеет встроенный микро чип и напечатанную антенну, способную излучать радиосигнал. В зависимости от метода излучения радиосигнала бывают пассивные - формируют слабый импульс при контакте с антенной, активные метки - имеют собственный источник энергии и формируют импульс периодически, полуактивные метки - имеют маленький аккумулятор, которые формирует импульс, при контакте с антенной. Применение RFID имеет множество сфер: безопасность, местоположение людей и оборудования, отслеживание перемещения багажа в аэропорту, логистика на складах и прочее. RFID эффективна в случаях, когда необходимо отслеживания перемещения объектов в контрольных точках, а не на постоянной основе.
LANDMARC (Location Identification на основе Dynamic Area RFID Calibration) пионер в RFID системах. Технология позиционирования строится на принципах интенсивности излучаемого сигнала от тэга к антенне используя алгоритм ближайшего соседа k-NN (nearest neighbor). Точность метода до 1 метра. Ключевая уязвимость технологии RFID для систем позиционирования RTLS - задержки. Компания SeSaMoNet предложила альтернативный вариант, мобильный считыватель RFID и стационарно установленные метки RFID. Технология применялась для работы на улице по принципу iBeacon, но точностью до 25 см.
Одна из вариаций RFID технология NFC (Near field communication). Модули NFC встроены во многие телефоны пользователей. NFC поддерживает двухстороннюю коммуникацию между считываетелем и излучателем. Технология NFC нашла применения для платежных систем, и может быть использована для зонального принципа контроля отслеживания перемещения людей и оборудования.
Технологии позиционирования RTLS
Системы позиционирования с технологией машинного зрения
IPS система с использованием машинного зрения собирает информацию с установленных камер, идентифицирует объекты и отслеживает их перемещение. Можно выделить два вида систем позиционирования с машинным зрением: пассивный подход - когда пользователь или объект инициирует слежение камерой этого объекта или активный подход, где система идентифицирует объект автоматически и отслеживает его перемещение. Некоторые разработчики используют Visual odometry (VO) для обновления информации о перемещении пользователей. VO оценивает процесс движения человека или оборудования используя источник одной или нескольких камер. Компания Kitt достигла наилучших результатов с использованием разработанных фильтров для стерео изображений. Одна из последних разработок MoVOIPS использует пассивный подход с камерой мобильного телефона. Для работы системы необходима калибровка и локализация. Фаза калибровки предназначена для создания большого кол-ва фотографий с мобильного телефона пользователем о его местоположении. На фазе локализации, пользователь делает фотографию окружающей среды и загружается на сервер. Сервер запускает алгоритм SURF, который сравнивает с эталонным изображением в базе данных. Как только фотография идентифицирована, можно вычислить местоположение пользователя. Разработчики уверяют, что достигаемая точность может быть 1.3 метра. Уязвимость системы проявляется при низком разрешении видео или фото материала. Система SignPost используется для indoor positioning и работает с 2D Barcode. Камера смартфона в постоянном режиме сканирует штрихкоды. Проект с активным подходом использования камеры смартфона был запущен компанией Microsoft EasyLiving. Использовался для трекинга персонала и визуального взаимодействия людей по поведенческим факторам. Применение системы позиционирования внутри помещения на базе машинного зрения имеет применение в офисах, бизнес-центрах, торговых центрах.
Технологии позиционирования RTLS
Merusoft Tracking - универсальная платформа для разработки RTLS решений
Разрабатываем бизнес приложения с использованием технологий позиционирования внутри помещений. Наши консультанты имеют богатый опыт работы с разными технологиями IPS (indoor positioning system). Разрабатываем мобильные приложения для навигации внутри помещений с использованием технологии iBeacon для офисов и бизнес центров, для торговых центров с использованием машинного зрения на смартфонах посетителей. Бизнес приложения для промышленных предприятий с использованием технологий UWB, iBeacon, GPS и NB-IoT.
Merusoft Tracking платформа, которая имеет встроенные возможности для отслеживания перемещения персонала и оборудования, контроль посещения запрещенных зон, встроенный алгоритм для выявление контактов между людьми и безопасной дистанции персонала на территории производства.

Получить информацию, узнать стоимость

Ваше полное имя

Ваш e-mail

Ваш номер телефона

Тема обращения

Текст обращения