為什麼選擇藍牙 IPS 8 室內定位系統?

為什麼選擇藍牙 IPS 8 室內定位系統?
為什麼選擇藍牙 IPS 8 室內定位系統

定位系統已經滲透到我們生活的方方面面, 其中衛星導航和地理數據技術是最成熟的定位技術. 然而, 由於室內建築材料的遮擋,這些技術更適合在開放的室外環境中使用, 導致信號差, 這就是室內定位系統應運而生的原因. 出現了多種室內定位系統, 各有適合的應用行業,藍牙應用在各行各業,被認為是IoT IPS系統的未來之一. 在本文中, 您將了解什麼是 IPS, 常用的室內定位系統有哪幾種, 為什麼你應該選擇藍牙 IPS, 以及如何實施它們.

什麼是室內定位系統?

室內定位系統是指能夠對室內環境中的人或物體進行定位的設備網絡. 它通常由兩個不同的元素組成: 錨點和位置標籤. 錨是一種設備, 例如信標或中繼, 戰略性地放置在定義的空間中. 標籤由人或物攜帶. Anchor 要么主動定位移動設備並標記, 或為設備提供環境位置或上下文以了解.

8 IPS的類型 ( 室內定位系統)
市場上有各種IPS. 我們列出了 8 基於信號類型的常用室內定位技術, 其中射頻技術應用最為廣泛.

8 IPS的類型

無線電頻率

無線電頻率

常見的射頻技術包括 RFID, 無線上網, 藍牙, 齊格比, 和超寬帶. 基於射頻信號, 使用從發射器到接收器的無線電信號來檢測目標的位置.

無線上網 & 藍牙

Wi-fi 和藍牙可以基於現有的網絡基礎設施工作. 它易於安裝且成本低. 其主要工作原理涉及使用接收信號強度 (RSS), 這取決於發送者和接收者之間的距離. 通過簡單地測量標籤到多個藍牙信標或 Wi-Fi 接入點的 RSS,可以使用三個測量來計算移動設備的位置.

丟棄接收信號強度圖

不同材質對wifi和藍牙信號的影響不同, 這會影響信號的準確性. 為了克服這個問題, 一些 IPS 根據特定校準創建特定區域的 RSS 地圖. 他們的IPS精度可以是1-2m.

雖然它們的基本原理是相同的, 它們在某些方面有所不同. 一方面, WIFI 覆蓋範圍廣,但耗電大. 另一方面, 藍牙 IPS 耗電少但覆蓋範圍相對較小. 藍牙 4.0 有一個理想的最大範圍 100 m 高數據速率 (取決於 2.1 兆比特), 而BLE只有 60 m LOS 和大幅降低的數據速率 (125千比特每秒).

射頻識別
電磁場用於識別和跟踪附著在物體和人體上的標籤. RFID是一種非接觸式識別技術, 它發送和接收範圍從 125KHz 到 5.8GHz 的射頻信號. 閱讀器和RFID標籤組成系統. RFID分為三種, 無源RFID, 半無源射頻識別, 和有源射頻識別.

閱讀器向無源標籤發送脈衝, 通過返回ID信息響應讀者的請求.

  • 無源標籤很便宜,但只能存儲幾千字節的內存, 並且讀者無法獲得超過一米的信息.
  • 半無源RFID的天線和整體功能與無源RFID相似, 帶有電池供電標籤和其他簡單功能.
  • 有源RFID可以提供大約 100 米,可以存儲更多信息, 但它也花費更多.

RFID不需要紅外系統, 它也不提供跟踪信息, 在有液體的環境中可能會受到干擾, 金屬, 或其他無線電干擾源.

齊格比
Zigbee 是一種低功耗、低成本的無線網狀網絡標準,適用於無線控制和監控應用中使用的電池供電設備. 它由四個附加組件組成: 應用層, ZDO, 網絡層, 和製造商指定的應用對象. Zigbee 智能能源 2.0 規範定義了一種基於 Internet 協議的通信協議,用於監控, 控制, 通知, 實現能源和水的輸送和使用自動化, 其中室內定位只是其中一項功能.

超寬帶
UWB射頻技術是一種基於UWB的定位系統. 它是一種近距離無線電技術, 高帶寬通信,具有很強的多路徑阻力特性和一定程度的建築材料滲透性,使其適用於視線通常不在視線範圍內的典型室內環境. 此外, 更大的帶寬意味著更高的時間分辨率. 這允許測量發送者和接收者之間的飛行時間, 導致比 RSS 更好的距離估計. 所以, UWB 系統利用三層測量來評估一組至少三個錨點與環境的距離,以估計標籤的位置. UWB精度是目前IPS中最好的, 誤差約為 30-50 厘米.

UBW IPS的缺點是佔用大量頻帶寬,需要特殊部署. 防止其他射頻信號之間的干擾, 法律限制允許使用 3.1GHz 和 10.6GHz 之間的頻段. 信號功率有限. 如果系統需要數據負載傳輸, 工作範圍必須限制在 100m.

超聲波系統
這些系統依靠迴聲定位並測量發射的超聲波信號返回接收器的時間段. 例如, 聲學導航和測距 (聲納) 用於定位水下物體. 它使用飛行時間來計算它們之間的距離. 一旦至少有三個可用距離, 您可以使用三邊測量計算位置.

超聲波系統

超聲波系統在應用中並不常用. 需要放置多個錨點和藍牙信標. 精度可達到亞米級. 然而, 超聲波信號容易受到建築物等固體材料的干擾.

紅外線
此 IPS 需要暢通無阻的視線 (這) 在標籤和錨點之間. 它被認為是一個非常負責任的房間探測器. 應該安裝許多錨點以進行精確定位,並且可能會遇到困難,因為從多個錨點估計位置所需的信號強度測量質量低下. VR頭顯目前採用類似的方法, 使用多個光源和反射物體來準確定位房間中的人.

紅外線

IMU
IMU室內定位系統包括慣性測量單元 (IMU), 它使用加速度計等傳感器, 陀螺儀, 和磁力計來跟踪物體在三維空間中的運動.

確定運動方向取決於傳感器, 它可以提供對先前位置的相對運動的評估. 將所有信號與航位推算等算法結合起來可以獲得信息.

IMU不需要在環境中使用anchors. 然而, IMU 精度不如之前介紹的系統高, 它的誤差會隨著時間累積,幾秒後達到米量級. 為此原因, IMU經常與其他技術結合使用. 此外, 檢測運動的能力可用於檢測佩戴標籤的參與者是否停止.

不同的室內定位方式

實施室內定位技術, 您可能需要不同的定位方法和不同的硬件和軟件解決方案. 所以, 您可以使用標籤來跟踪移動的對象, 如果物體是靜止的,則為信標. 標籤通常比信標更小更輕; 然而, 它們都有多種配置,價格和復雜性各不相同. 您可以根據需要對設備進行編程.

根據IPS類型和技術, 定位方法可分為以下幾種:

AoA/AoD
AoA 和 AoD 計算發射器傳送的信號到達接收設備的角度. 它們需要多個傳感器,因此需要額外的硬件成本, 但好處是它們提供了更好的準確性. AoA 和 AoD 通常在使用藍牙的定位系統中實現.

RSSI
RSSI 允許通過物體發出的信號強度來估計物體的位置. 由於發射器周圍的靜止和移動物體對信號的負面影響,這種方法效果較差. 它在無線網絡中很流行, 例如, 藍牙, 無線上網, 線, 和 ZigBee.

多點定位
此方法適用於網絡包含三個或更多傳輸設備時. 一旦獲得一些參考物體之間的距離,您就可以測量到目標物體的距離. 三層法涉及數學建模,常用來提高Wi-Fi的定位精度, 藍牙, 超聲波, 和超寬帶.

三角測量
這是另一種基於數學計算的方法. 三角測量通過在對象周圍的參考點之間建立三角形來測量到對象的距離. 三角測量是 Wi-Fi 的一種附加定位方法, 藍牙, 和超寬帶系統.

航位推算
這是IMU常用的一種室內定位跟踪方法,通過結合已知位置和速度與航跡計算來檢測目標的位置. 由於位置誤差隨時間累積, 這種方法的準確率不高.

大滿貫
SLAM 算法使用來自傳感器或攝像頭的數據來構建目標位置的地圖. IMU 和計算機視覺系統使用這種方法來監控物體的運動和位置.

大滿貫

影響您選擇室內定位的考慮因素 系統技術

確定哪種技術適合構建您自己的 IPS, 您需要考慮多種因素並根據項目所需的規格進行平衡.

準確性:

準確性是大多數室內測繪系統的主要特徵. 一個好的解決方案往往需要靈活的部署, 這增加了成本和復雜性. 因此,當精確定位不是關鍵考慮因素時, 你可以選擇更便宜的, 更簡單的技術. 下表提供了幾種室內定位系統通常獲得的最佳精度.

準確性

覆蓋範圍和可擴展性:

覆蓋範圍是位置信息可用的區域. 覆蓋範圍更大的技術可能意味著準確性更低.

覆蓋範圍和可擴展性 - 室內定位系統

適應性:

環境的變化會對系統性能產生影響. 所以, 當需要準確性時, 應對這些變化的能力至關重要.

因子採樣率:

每秒獲得的位置數量是另一個必不可少的功能, 特別是對於需要更多計算能力和能量的複雜系統.

成本:

部署成本, 運營成本, 應考慮系統生命週期中的維護成本. 某些技術需要固定安裝, 而其他人是移動的或可以使用現有的基礎設施. 此類技術通常需要校準並消耗大量時間, 這導致更多的成本, 特別是當安裝不是永久性的.

為什麼使用藍牙 IPS

早期版本的藍牙室內定位技術允許將其用作基於 RSSI 方法的接近解決方案, 由三層方法支持. 定位精度範圍從 1 米到幾米. BLE技術的引入 2010 版本 4.0 使其成為低功耗的解決方案. 它的幾個優點包括:

  • 低功耗、低成本
    此功能使其成為用於信標的理想 RF 標準, BLE傳感器, 和資產或人員標籤.
  • 易於部署
    易於部署和靈活的硬件選項可以在網絡上或獨立於網絡,並輕鬆集成到藍牙生態系統中.
  • 可拉伸技術
    將該技術擴展到多個位置感知用例 — 從藍牙設備檢測, 資產追踪, 室內位置, 和社區服務的尋路, 等等.

隨著時間的推移, 該技術獲得了新的升級. 在 2017, 藍牙 5 創建了高度可擴展的網狀網絡,提供非分層的多對多通信. Mesh網絡可以集成到室內定位系統中,以擴展其功能並提高定位精度. 版本發布 5.1 在 2019 為藍牙定位服務開闢更多機會. 除了RSSI, 新的測向功能使系統能夠使用 AoD 和 AoA 三角測量支持並更準確地檢測目標位置. 所以, 藍牙 5.1 為該技術在 IPS 和 RTLS 解決方案以及相鄰解決方案中的廣泛應用打開了大門.

與其他基於無線電的解決方案相比,藍牙 IPS 具有一些明顯的優勢. 第一的, 藍牙室內定位系統非常節能, 確保無線系統的長壽命. 第二, 其新版本提供了先進的定位技術並將精度提高到厘米級.

藍牙無處不在. 根據藍牙市場更新 2020, 藍牙定位服務設備年出貨量從 4 百萬單位 2015 至 186 百萬單位 2020. 預計這一數字將達到 538 到 2024 年將達到 100 萬。BLE 存在於大多數芯片中,並預裝在大多數現代移動設備(例如智能手機)中. 這大大簡化了技術部署和實施.

下面列出了藍牙與其他射頻技術參數之間的差異,您可以根據自己的需要確定適合自己的參數.

藍牙與其他射頻技術的區別 - 室內定位系統

藍牙室內定位系統如何工作?

BLE IPS 解決方案利用信標或傳感器來定位和檢測傳輸藍牙設備,例如軌道標籤, 和整個室內空間的智能手機. 從傳感器獲得或從信標發送到移動設備的位置數據隨後被各種基於位置的應用程序吸收並轉化為支持多個位置感知用例的見解.

帶傳感器的 BLE 定位

帶傳感器的 BLE 定位

 

BLE傳感器定位用途 BLE傳感器 部署在內部空間周圍的固定位置. 傳感器被動定位和檢測 BLE 智能手機的傳輸, 資產跟踪標籤, 信標, 可穿戴的, 人員位置徽章, 和其他藍牙設備根據接收到的傳輸設備的信號強度. 然後將位置數據傳送到中央 IPS 或 RTLS. 定位引擎分析數據並使用多種算法來確定發射器的位置. 這些坐標可用於可視化您空間室內地圖上的位置, 或用於其他目的, 取決於具體的位置應用.

帶信標的 BLE 定位

帶信標的 BLE 定位

 

低空信標反復發出低空信號. 信號被周圍的設備檢測到, 例如支持 BLE 的傳感器和智能手機. 部署在整個內部空間的固定位置, 信標持續廣播包含其唯一標識符的信號. 根據所選信標通信協議,此識別碼會與其他數據一起定期發送. 啟用了預配置服務或專用應用程序的無線設備將從信標接收信號或在信標範圍內以服務器為中心的方式將此信息傳遞給服務器. 設備和信標之間的檢測可以啟用基於接近度的定位服務,該服務確定信標和設備是否在彼此的範圍內. 通過在內部空間戰略性地放置多個信標,可以使用無線設備或三個或更多信標之間的通信來通過 RSSI 多國定位設備. 識別的設備位置可以觸發特定的操作或用於各種應用程序或服務,具體取決於應用程序. 您還可以在移動物體上部署信標,並通過固定的藍牙傳感器定位它們.

藍牙室內定位用例

有幾種支持藍牙 IPS 的解決方案.

資產追踪

許多行業的組織都可以使用藍牙室內定位系統來跟踪關鍵資產和設備的實時位置和狀態.

  • 企業空間: 通過在大型企業園區和設施中創建清晰的設備和資源圖來增強資源和生產力分配
  • 衛生保健: 通過添加資產跟踪功能,快速定位和跟踪輪椅和呼吸機等關鍵設備的位置
  • 智能製造: 創建對設備位置和移動的可見性, 機器, 和資源
  • 倉庫管理: 結合資產跟踪來定位工具, 存貨, 和整個大型設施的設備

人員和人員跟踪

組織可以利用傳感器, BLE信標, 和人員標籤以創建對員工和人員位置的可見性.

  • 無線設備檢測: 企業大樓和政府等具有安全意識的設施可以利用傳感器檢測其內部空間中的 BLE 和其他射頻發射設備
  • 工作場所優化: 通過使用低成本標籤(例如員工徽章)來了解空間利用率和員工在您的空間中的位置,從而提高生產力和運營效率.
  • 員工安全: 通過在緊急情況或疏散情況下快速定位或通知員工來創建更安全的室內空間.
  • 工作場所準備: 支持監管要求和協議,以幫助預防和減輕疾病在其空間內的傳播, 使用工具進行有效的衛生指導, 接觸者追踪, 保持身體距離合規意識, 等等.

定位服務

通過使用BLE內部定位, 組織可以創建利用位置來促進各種交互的智能建築, 消息傳遞, 和其他功能.

  • 接近消息: 通過識別靠近資產和用戶的目的地來增強引人注目的客戶體驗, 並使用這些數據直接吸引訪問者使用超本地化內容,例如優惠券營銷活動附近的興趣點
  • 地理圍欄: 圍繞內部空間的不同區域創建虛擬地理邊界,當用戶進入時觸發特定操作, 出口, 或居住在指定地區
  • 位置分享: 允許用戶選擇分享他們居住的地方, 或尋找其他人, 包括家庭成員, 朋友們, 或同事, 大型建築物內

室內導航

通過藍牙定位的內部導航和尋路系統讓空間瞬間熟悉和探索.

  • 室內導航: 為零售酒店交通等行業提升更好的室內體驗, 企業醫療保健, 等等.
  • 藍點導航: 借助 BLE 信標和其他室內定位技術, 組織可以使用藍點體驗進行逐輪導航和尋路

智能業務

藍牙 IPS 可用於獲取位置數據,這些數據可轉化為驚人的業務洞察力. 它定位並監視人員的移動, 資產, 和設備, 然後分析數據. 通過創建訪客與室內空間互動方式的可視化,您的業務部門可以變得更聰明、更了解情況.

如何實現藍牙室內定位

實施低功耗藍牙室內定位項目將取決於您的規格, 預算, 和技術能力. 您應該決定的第一件事是從頭開始構建 IPS 還是將其集成到現有解決方案中. 您的定位方法的選擇取決於此.

如果您的藍牙版本低於 5.1, 那麼 RSSI 加三氧化二氮是您唯一的選擇. 此方法適用於旨在用於以下目的的相鄰解決方案:

  • 共享信息;
  • 定位興趣點和項目;
  • 加強服務.

在我們的一個項目中, 一家大型購物中心應用了我們的 BLE室內定位解決方案. 企業主將其用於營銷, 例如通知訪客折扣和促銷優惠. 客戶要求我們創建一個帶有 BLE 信標的 IPS,它可以通過藍牙與移動應用程序通信 4.0. 確定應用用戶位置後, 系統可以為他們提供相關信息.

構建並提供一個移動 SDK,用於從發射器讀取信號並將信標數據發送到雲端. 支持 RSSI 測量, 三邊測量用於計算應用程序用戶的位置. 所以, 定位精度可達 1 儀表.

位置計算 - 室內定位系統

位置計算可以在應用程序或云服務器上完成. 當網絡連接不穩定或不可用時,移動設備會執行此功能. 這是艱鉅的, 但是您不必總是部署服務器並連接到它. 如果您想構建低功耗的輕量級應用程序, 然後你可以在服務器上執行估計.

您在設備中安裝的信標數量也是影響定位精度的一項功能. 所以, 正確定位目標, 有必要確保信標密度足夠高. 我們的藍牙 IPS 支持密度至少為 3-4 每 200 平方米的設備.

我們使用 iBeacon 協議進行藍牙 Beacon 室內定位, 也可以支持其他協議,例如 AltBeacon 和 Google 的 Eddystone. 我們使用藍牙接近信標實現了室內位置跟踪. 我們添加了新功能, 延長信標電池壽命, 並通過定制信標提高了系統效率. 如果您的系統支持最新版本的藍牙規範, 那麼 AoA 和 AoD 可以成為您在部署藍牙定位服務時進行精確定位的選擇, 例如尋路和實時定位或跟踪.

至於 AOD, 來自發射器的多個天線的信號由具有單個天線的接收器讀取. 每個信號達到一定的角度和一定的 ToA. 我們可以通過知道發射器天線之間的距離和信號之間的時間間隔來測量 AoD 和發射器和接收器之間的距離.

AoA方法的工作原理類似, 但它是相反的: 發射器將信號從一個天線發送到接收設備的多個天線.

AoA方法的工作原理 - 室內定位系統

如果網絡包含多個設備, 三角測量可作為輔助定位方法提高精度. 盡量減少位置計算的不准確性, 卡爾曼濾波等濾波算法可用於交叉檢查數據.

與任何 IPS 一樣, 在室內位置使用藍牙並不是一個完美的解決方案, 因為它可能充滿錯誤和挑戰. 藍牙 IPS 的最大挑戰是在嘈雜環境中檢測信號. 在靜態環境中部署本地定位系統更容易. 如果藍牙 IPS 在充滿移動物體的設施或房間中工作, 保持信號完整性和正確定位對像要困難得多. 這可以通過增加設施中每平方米的信標數量來增強.

確保您基於 BLE 的室內定位系統正常工作, 您應該創建計劃部署系統的位置的詳細地圖.

基於BLE的室內定位系統

結論

藍牙是一種廣泛使用的 IPS 技術,以最小的功耗提供連接穩定性. 如果您想確保 BLE IPS 是適合您項目的技術, 不要猶豫與我們聯繫. 我們在構建 SDKS 方面擁有豐富的經驗, 自定義信標, 移動應用, 雲平台, 以及部署位置服務所需的其他解決方案.

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