Inomhuspositionering -där GPS-en inte når

Inomhuspositionering: vilken teknik passar bäst?

Medan de flesta av oss alla är bekanta med utomhus positioneringstekniker som GPS eller mer korrekt GNSS, söker allt fler verksamheter spårningsenheter som inomhus kan ge en exakt position för föremål och människor. Men satelliternas radiosignaler kan knappast ta sig igenom väggar och andra hinder.

För att möta denna växande efterfrågan och dess specifika krav tenderar tillverkare av Industrial Internet of Things (IIoT) att utveckla mer effektiva inomhuspositioneringssystem (IPS). De flesta av dessa applikationer förlitar sig på befintlig teknik, men genom att lägga till innovativa mjukvarulager blir inomhuspositioneringssystem mer och mer exakta.

IPS -GPS inomhus

Låt oss presentera en term du kanske inte hört förut, IPS. IPS står för Indoor Positioning System och består av ett nätverk av enheter som används för att spåra människor eller enheter på platser där GPS och andra satellitbaserade tekniker saknar precision eller helt enkelt fallerar helt. Exempelvis i byggnader, på flygplatser, gränder, parkeringsgarage eller i tunnlar och andra anläggningar under jord.

IPS kan använda en rad olika tekniker för positionering och skiljer sig åt avseende noggrannhet, kostnad, skalbarhet, tillförlitlighet och säkerhet bland annat.

För att bättre förstå skillnaden mellan dessa inomhuspositioneringstekniker rekommenderar vi att du först tittar på de olika alternativen.

IPS grundprinciper

För att bestämma den exakta platsen för ett objekt eller en person extrapolerar algoritmerna platsrelaterade data från radiosignaler som cirkulerar mellan så kallade referensnoder (som sitter fastmonterade på en känd plats), som används som referenspunkter för mobila noder.

Men alla system fungerar inte på samma fysiska principer. De kan delas in i fem huvudkategorier:
1. Time of arrival (TOA)
2. Angle of arrival (AOA)
3. Arrival time delay (TDOA)
4. Received Signal Strength (RSSI)
5. Hybridsystem (blandning av olika fysiska principrelaterade mätvärden)

Olika tekniker för IPS

Eftersom du nu är bekant med de olika kriterierna och olika positioneringsprinciperna, låt oss dyka litet djupare i olika inomhuspositioneringstekniker.

Aktiv RFID

Aktiv RFID-teknik har ursprungligen inte utvecklats för positioneringsapplikationer. I enlighet med ISO 18000-7 (Dash7) -standarden är Active RFID-teknik dock tillgänglig på två olika frekvensband (hög och låg), vilket möjliggör en områdesbaserad positioneringsteknik genom att kartlägga skärningspunkter.

Ett aktivt RFID-system består av en aktiv transponder (även känd som taggar) och en eller flera RFID-läsare. Varje gång en person eller föremål utrustad med en tagg kommer in i en RFID-läsares område, läser systemet motsvarande tagg med hjälp av RFIDs lågfrekventa signaler. Den här processen triggar en radiosändning tillbaka med en identifiering och tack vare en dedikerad läsare är det möjligt att ta emot och läsa UHF-sändningen.

RFID kan alltså läsa vilka fordon, tillgångar eller personer som är inom ett avstånd på 1-30 meter från själva läsaren. Genom dess lågfrekventa signaler (125 kHz) erbjuder denna teknik bra täckning i större områden, även i händelse av hinder.

Detta kostnadseffektiva kortdistanta inomhuspositioneringssystem är utformat både för människor och föremål och kan användas i många industriella applikationer som arbetsplatssäkerhet, åtkomstkontroll av fordon eller positionering av utrustning i ett lager.

RSSI och Mesh-nätverkspositionering

Ett Mesh-nätverk utformas för att ansluta ett stort antal sammankopplade objekt utan en stor förstudie av platsen det skall installeras på. Mesh, som bygger på att dataöverföringen kan hoppa mellan enheterna, bygger på en enkel infrastruktur utan central enhet för att styra trafiken. De olika enheterna överför data till varandra över ett antal hopp för att överföra data som till slut landar i en gateway, som laddar upp data till en server.

Vissa mjukvaruleverantörer, exempelvis Wirepas, har utvecklat innovativa program som optimerar nätverkshanteringen för anslutna objekt. Med tekniken byggs smartare, decentraliserade nät optimerade för prestanda och anpassningsbarhet till miljö- och nätverksvariationer.

Inom området inomhuspositionering bygger Wirepas Mesh-teknik på ett nätverk av fasta och mobila beacons eller ankare, som är fasta, och taggar som är rörliga. Fasta beacons, kallas även ankare eller fasta noder, monteras med jämna avstånd (25 meter) över hela täckningsområdet utgör referenspunkter för beräkning av positionen. Taggar, är mobila, och ska placeras direkt på individer och den utrustning som ska spåras.

Wirepas Mesh teknik

Som beskrivits tidigare kommunicerar beacons med varandra genom att studsa och ladda upp data till en gateway, varigenom data kan skickas med låg uteffekt men nå långt och utan att luften fylls av sändningar.

Med Wirepas tekniken skickas data till en server med Wirepas Positioning Engine-mjukvara som konverterar rådata till GPS-koordinater (latitud och longitud) baserat på intensiteten hos signalerna som mottas av de olika ankarna. Detta gör det lättare att visualisera positionen och rörelserna för varje individ eller objekt utrustat med en mobil tag. Allt detta med en noggrannhet från 5 upp till 10 meter.

Med tanke på att positionsdata kan överföras till de allra flesta IoT-plattformar som för närvarande finns på marknaden (samt många affärsspecifika webbapplikationer) kan denna teknik användas i många olika typer av applikationer, såsom säkerhet för ensamarbetare, optimering av industri och logistik, för att spåra utrustning, automatisk inventering, spåra patienter på sjukhus eller bara se till att hålla färsk data i systemet för var en viss hyrbil parkerades på för parkeringsplats i garaget.

Genom en infrastruktur bestående av fristående batteridrivna enheter kan detta inomhuspositioneringssystem användas mycket lätt. Installationen kräver verkligen bara installation av ankare, en gateway och en användning av mobila taggar placerade på individer eller föremål. Detta inomhuspositioneringssystem är trådlöst och är därför en av de mest kostnadseffektiva lösningarna som finns på marknaden.

Ultra Wideband (UWB)

Ultra Wideband Positioningeringstekniken används för extremt noggrann positionering av olika föremål och personer. Ultra Wideband-tekniken (UWB) ger både hög bandbredd och dataöverföring med kort räckvidd, tidigare användes den främst för radarbilder.

Ultra Wideband-tekniken kan nå hastigheter på upp till 100 Mbit/s och är en av de mest exakta positioneringsapplikationerna som finns på marknaden. UWB-pulsfrekvensenheten och dess TOA-enhet (Flight Time Triangulation Information) gör det möjligt för signalen att enkelt ta sig igenom vissa hinder som väggar och objekt. Denna process förbättrar avsevärt positioneringsnoggrannheten som är upp till några centimeter.

Denna högfrekventa spektralteknologi, utvecklad av den amerikanska militären, har förmågan att inte störa andra radiosändningar och därigenom säkerställa en fullständig interoperabilitet med ytterligare enheter och tekniker. UWB tekniken är på frammarsch, den är även integrerad i nyare modeller av iPhone, vilket säger något om vilken spridning tekniken kommer att få i framtiden.

Angle of Arrival (AOA)

Angle of Arrival (AOA) är en princip för energieffektiv realtidspositionering. Angle of Arrival-positionstekniken beräknar vinklarna som bildas mellan en antenn och en beacon. Beaconen sänder en radiosignal till antennen som beräknar dess exakta plats enligt taggens höjdvinkel med avseende på antennens vertikala axel, men även på skärningspunkten mellan Beaconens vertikala axel och antennens horisontella axel.

Vissa leverantörer av RTLS (Real Time Locating System), som QUUPPA, tillhandahåller en teknologisk blandning baserad på kombinationen av den RSSI-relaterade fysiska principen, Low Energy Bluetooth-protokollet och Detection by Angle of Arrival (AOA) av signalen.

AOA med QUUPPA-teknik

Ett standardiserat BLE-protokoll är perfekt avseende optimering av energikonsumtion och underhållskostnader. Dessutom är ju BLE en standard, så en öppen standard är lika med lätt att använda och implementera. Tekniken från QUUPPA, som ju bygger på BLE, tekniken, adderar ett nytt programvarulager och därmed en sofistikerad integration och helt andra kunskaper än en enkel Bluetooth uppkoppling.

Detta unika koncept erbjuder en förbättrad noggrannhet av positionering jämfört med andra signalstyrkebaserade tekniker (RSSI), bättre än en meters noggrannhet.

Denna teknik används idag i många branscher, till exempel inom sport där man vill beräkna spelarnas exakta position, inom hälso- och sjukvård för att spåra utrustning eller inom industrin för att spåra exakt var ett föremål befinner sig.

Summerat

Som förklarats finns en rad utmaningar med inomhuspositionering, men tekniken erbjuder goda möjligheter inom olika branscher som industri, hälso- och sjukvård och sport. Som en del av en ständig utveckling, optimeras prestanda, och olika positioneringstekniker utvecklas fortlöpande för att erbjuda bättre precision och flexibilitet.

När du tittar på teknik så välj rätt teknik baserat på din specifika användning och dina behov. Ta alla relevanta parametrar med i beräkningen, inklusive anskaffnings- och installationskostnader, ta med förväntad positioneringsnoggrannhet. För att kunna spåra stor utrustning behöver du inte nödvändigtvis en 30 cm noggrann positionering. I sådant fall rekommenderar vi snarare att använda en plug and play-lösning, som är enkel att installera och billigare, istället för en lösning som kräver stora investeringar vad gäller infrastruktur.

Under våren kommer vi att fylla på med en rad olika produkter som fungerar med både Wirepas och Quuppa. Håll utkik på webben, eller fyll i dina kontaktuppgifter nedan om du redan idag vill veta mer!