RTLS ist die Abkürzung für Real Time Location Systems.
RTLS ist ein signalbasiertes Funkortungsverfahren, das aktiv oder passiv sein kann. Unter diesen ist die Aktive unterteilt in AOA (Ankunftswinkelpositionierung) und TDOA (Ankunftszeitdifferenzpositionierung), TOA (Ankunftszeit), TW-TOF (Zwei-Wege-Flugzeit), NFER (elektromagnetische Entfernungsmessung im Nahfeld) und so weiter An.
Wenn es um Ortung geht, denkt jeder zuerst an GPS, basierend auf GNSS (Global Navigation Satellite System). Satellitenortung gibt es überall, aber die Satellitenortung hat ihre Grenzen: Das Signal kann das Gebäude nicht durchdringen, um eine Ortung in Innenräumen zu erreichen.
Wie lässt sich also das Problem der Indoor-Positionierung lösen?
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der nachfragegesteuerten und drahtlosen Kommunikationstechnologie für die Indoor-Ortung, der Sensoridentifikationstechnologie und der Big-Data-Verbindungstechnologie, des Internets der Dinge und anderer Technologien wurde dieses Problem schrittweise gelöst und die Industriekette kontinuierlich bereichert und ausgereift.
Bluetooth-Indoor-Positionierungstechnologie
Die Bluetooth-Innentechnologie besteht darin, mehrere im Raum installierte Bluetooth-LAN-Zugangspunkte zu verwenden, das Netzwerk als auf mehreren Benutzern basierender grundlegender Netzwerkverbindungsmodus aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass der Bluetooth-LAN-Zugangspunkt immer das Hauptgerät des Mikronetzwerks ist Triangulieren Sie dann den neu hinzugefügten blinden Knoten, indem Sie die Signalstärke messen.
Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden, um Bluetooth iBeacon zu lokalisieren: basierend auf RSSI (Anzeige der empfangenen Signalstärke) und basierend auf dem Positionierungsfingerabdruck oder einer Kombination aus beidem.
Das größte Problem aufgrund der Entfernung besteht darin, dass das Raumklima komplex ist und Bluetooth als 2.4-GHz-Hochfrequenzsignal stark gestört wird. Zusätzlich zu verschiedenen Reflexionen und Brechungen in Innenräumen sind die von Mobiltelefonen erhaltenen RSSI-Werte kein großer Referenzwert; Gleichzeitig muss zur Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit der RSSI-Wert mehrmals ermittelt werden, um die Ergebnisse zu glätten, was zu einer Erhöhung der Verzögerung führt. Das größte Problem bei der Positionierung von Fingerabdrücken besteht darin, dass der Arbeits- und Zeitaufwand für die Erfassung von Fingerabdruckdaten im Frühstadium sehr hoch ist und die Datenbankwartung schwierig ist. Und wenn das Geschäft eine neue Basisstation hinzufügt oder andere Änderungen vornimmt, sind die ursprünglichen Fingerabdruckdaten möglicherweise nicht mehr anwendbar. Daher ist die Abwägung und Auswahl zwischen Positionierungsgenauigkeit, Verzögerung und Kosten zum Hauptproblem der Bluetooth-Ortung geworden.
Nachteile: Die Bluetooth-Übertragung wird nicht durch die Sichtlinie beeinträchtigt, aber in komplexen Weltraumumgebungen ist die Stabilität des Bluetooth-Systems etwas schlecht, es wird durch Rauschsignale gestört und der Preis für Bluetooth-Geräte und -Ausrüstung ist relativ hoch;
Anwendung: Die Bluetooth-Ortung in Innenräumen wird hauptsächlich zur Ortung von Personen in einem kleinen Bereich, beispielsweise einer einstöckigen Halle oder einem Geschäft, verwendet.
Wi-Fi-Ortungstechnologie
Es gibt zwei Arten von WiFi-Ortungstechnologien: eine über die drahtlose Signalstärke mobiler Geräte und drei drahtlose Netzwerkzugangspunkte über den Differentialalgorithmus, um den Standort von Personen und Fahrzeugen genauer zu triangulieren. Die andere besteht darin, die Signalstärke einer großen Anzahl standortbestimmter Punkte im Voraus aufzuzeichnen, indem die Signalstärke der neu hinzugefügten Geräte mit einer großen Datendatenbank verglichen wird, um den Standort zu bestimmen.
Vorteile: hohe Genauigkeit, niedrige Hardwarekosten, hohe Übertragungsrate; Es kann zur Lösung komplexer groß angelegter Positionierungs-, Überwachungs- und Verfolgungsaufgaben eingesetzt werden.
Nachteile: Kurze Übertragungsdistanz, hoher Stromverbrauch, meist Sterntopologie.
Anwendung: Die WLAN-Ortung eignet sich zur Ortung und Navigation von Personen oder Autos und kann in medizinischen Einrichtungen, Themenparks, Fabriken, Einkaufszentren und anderen Anlässen eingesetzt werden, bei denen eine Ortung und Navigation erforderlich ist.
RFID-Indoor-Positionierungstechnologie
Die Indoor-Positionierungstechnologie mit Radiofrequenzidentifikation (RFID) verwendet den Radiofrequenzmodus. Die feste Antenne passt das Funksignal an das elektromagnetische Feld an, das am Artikel angebrachte Etikett wird nach dem erzeugten Induktionsstrom in das Magnetfeld eingebracht, um die Daten zu übertragen Daten in mehrfacher bidirektionaler Kommunikation austauschen, um den Zweck der Identifizierung und Triangulation zu erreichen.
Radio Frequency Identification (RFID) ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die ein bestimmtes Ziel durch Funksignale identifizieren und zugehörige Daten lesen und schreiben kann, ohne dass ein mechanischer oder optischer Kontakt zwischen dem Identifikationssystem und dem bestimmten Ziel hergestellt werden muss.
Funksignale übertragen Daten von einem an einem Artikel angebrachten Etikett über ein elektromagnetisches Feld, das auf eine Radiofrequenz abgestimmt ist, um den Artikel automatisch zu identifizieren und zu verfolgen. Wenn einige Etiketten erkannt werden, kann Energie aus dem vom Identifikator ausgesendeten elektromagnetischen Feld gewonnen werden, und Batterien sind nicht erforderlich; Es gibt auch Tags, die über eine eigene Stromquelle verfügen und aktiv Radiowellen (auf Radiofrequenzen abgestimmte elektromagnetische Felder) aussenden können. Die Tags enthalten elektronisch gespeicherte Informationen, die innerhalb weniger Meter identifiziert werden können. Im Gegensatz zu Barcodes müssen sich RF-Tags nicht in der Sichtlinie des Identifikators befinden und können auch in das zu verfolgende Objekt eingebettet werden.
Vorteile: Die RFID-Indoor-Positionierungstechnologie ist sehr ähnlich, kann jedoch in wenigen Millisekunden Informationen zur Positionierungsgenauigkeit auf Zentimeterebene erhalten. Die Größe des Etiketts ist relativ klein und die Kosten gering.
Nachteile: Keine Kommunikationsfähigkeit, schlechte Anti-Interferenz-Fähigkeit, nicht einfach in andere Systeme zu integrieren, und die Sicherheit und der Datenschutz des Benutzers sowie die internationale Standardisierung sind nicht perfekt.
Anwendung: RFID-Indoor-Positionierung wird häufig in Lagerhäusern, Fabriken, Einkaufszentren im Warenfluss und bei der Warenpositionierung eingesetzt.
Zigbee Indoor-Positionierungstechnologie
Die Indoor-Positionierungstechnologie ZigBee (Low-Power-LAN-Protokoll basierend auf dem Standard IEEE802.15.4) bildet ein Netzwerk zwischen einer Reihe von zu testenden Knoten und Referenzknoten und dem Gateway. Die zu testenden Knoten im Netzwerk senden Broadcast-Informationen, sammeln Daten von jedem benachbarten Referenzknoten und wählen die X- und Y-Koordinaten des Referenzknotens mit dem stärksten Signal aus. Anschließend werden die Koordinaten der anderen Knoten berechnet, die dem Referenzknoten zugeordnet sind. Schließlich werden die Daten in der Positionierungsmaschine verarbeitet und der Versatzwert vom nächstgelegenen Referenzknoten wird berücksichtigt, um die tatsächliche Position des zu testenden Knotens im großen Netzwerk zu ermitteln.
Die ZigBee-Protokollschicht besteht von unten nach oben aus der physikalischen Schicht (PHY), der Medienzugriffsschicht (MAC), der Netzwerkschicht (NWK), der Anwendungsschicht (APL) und so weiter. Netzwerkgeräte haben drei Rollen: ZigBee-Koordinator, ZigBee-Router und ZigBee-Endgerät. Netzwerktopologien können Stern-, Baum- und Netzwerktopologien sein.
Vorteile: geringer Stromverbrauch, niedrige Kosten, kurze Verzögerung, hohe Kapazität und hohe Sicherheit, große Übertragungsentfernung; Es kann die Netzwerktopologie, Baumtopologie und Sterntopologiestruktur unterstützen, das Netzwerk ist flexibel und kann eine Multi-Hop-Übertragung realisieren.
Nachteile: Die Übertragungsrate ist niedrig und die Positionierungsgenauigkeit erfordert höhere Algorithmen.
Anwendung: Die Positionierung des ZigBee-Systems wird häufig in den Bereichen Innenpositionierung, Industriesteuerung, Umweltüberwachung, Smart-Home-Steuerung und anderen Bereichen eingesetzt.
UWB-Positionierungstechnologie
Die Ultrabreitband-Positionierungstechnologie (UWB) ist eine neue Technologie, die sich stark von der herkömmlichen Kommunikationspositionierungstechnologie unterscheidet. Es verwendet vorab angeordnete Ankerknoten und Brückenknoten mit bekannten Positionen, um mit neu hinzugefügten Blindknoten zu kommunizieren, und verwendet Triangulation oder „Fingerabdruck“-Positionierung, um die Position zu bestimmen.
Die Ultra-Breitband-Wireless-Technologie (UWB) ist eine hochpräzise drahtlose Positionierungstechnologie für den Innenbereich, die in den letzten Jahren vorgeschlagen wurde. Sie verfügt über eine hohe Zeitauflösung im Danosekundenbereich und kann in Kombination mit dem ankunftszeitbasierten Entfernungsalgorithmus theoretisch eine Positionierungsgenauigkeit im Zentimeterbereich erreichen. die die Positionierungsanforderungen industrieller Anwendungen erfüllen können.
Das gesamte System ist in drei Schichten unterteilt: Verwaltungsschicht, Serviceschicht und Feldschicht. Die Systemhierarchie ist klar gegliedert und die Struktur klar.
Die Feldebene besteht aus Positionierungsankerpunkt und Positionierungs-Tag:
· Suchen Sie den Anker
Der Standortanker berechnet die Entfernung zwischen dem Tag und sich selbst und sendet Pakete im kabelgebundenen oder WLAN-Modus zurück an die Standortberechnungs-Engine.
· Standort-Tag
Der Tag wird mit der georteten Person und dem georteten Objekt verknüpft, kommuniziert mit Anchor und sendet seinen eigenen Standort.
Vorteile: GHz-Bandbreite, hohe Positionierungsgenauigkeit; Starke Penetration, gute Anti-Multipath-Wirkung, hohe Sicherheit.
Nachteile: Da der neu hinzugefügte Blindknoten auch eine aktive Kommunikation benötigt, ist der Stromverbrauch hoch und die Systemkosten hoch.
Anwendung: Die Ultrabreitband-Technologie kann zur Radarerkennung sowie zur genauen Positionierung und Navigation in Innenräumen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
Ultraschall-Positionierungssystem
Die Ultraschall-Positionierungstechnologie basiert auf dem Ultraschall-Entfernungssystem und wird von einer Reihe von Transpondern und Hauptentfernungsmessern entwickelt: Der Hauptentfernungsmesser wird auf dem zu messenden Objekt platziert, der Transponder sendet das gleiche Funksignal an die feste Position des Transponders Der Transponder überträgt das Ultraschallsignal nach dem Empfang des Signals an den Hauptentfernungsmesser und verwendet die Reflexionsentfernungsmethode und den Triangulationsalgorithmus, um den Standort des Objekts zu bestimmen.
Vorteile: Die Gesamtpositionierungsgenauigkeit ist sehr hoch und erreicht den Zentimeterbereich; Der Aufbau ist relativ einfach, hat eine gewisse Durchdringung und der Ultraschall selbst verfügt über eine starke Entstörungsfähigkeit.
Nachteile: große Dämpfung in der Luft, nicht für große Anlässe geeignet; Die Reflexionsreichweite wird stark durch den Mehrwegeeffekt und die Nicht-Sichtlinienausbreitung beeinflusst, was Investitionen in zugrunde liegende Hardware-Einrichtungen erfordert, die eine genaue Analyse und Berechnung erfordern, und die Kosten sind zu hoch.
Anwendung: Ultraschall-Positionierungstechnologie ist in digitalen Stiften weit verbreitet, und diese Technologie wird auch bei der Offshore-Prospektion eingesetzt, und Indoor-Positionierungstechnologie wird hauptsächlich zur Objektpositionierung in unbemannten Werkstätten verwendet.
