Wir leben im Zeitalter von Big Data, wo alles miteinander verbunden ist und viele Szenen, Geräte und Gegenstände miteinander verbunden werden können. Effiziente Verwaltung und Positionierung. Mit der rasanten Entwicklung der Internet-of-Things-Branche in den letzten zwei Jahren ist auch die Nachfrage nach Ortungstechnologie in verschiedenen Internet-of-Things-Anwendungsszenarien stark gestiegen. Im Folgenden stellen wir verschiedene Ortungstechnologien für den Innen- und Außenbereich vor.
1. Bluetooth-Ortungstechnologie
Die Bluetooth-Technologie bestimmt den Standort durch Messung der Signalstärke. Es handelt sich dabei um eine drahtlose Übertragungstechnologie für kurze Entfernungen und mit geringem Stromverbrauch. Installieren Sie einen geeigneten Bluetooth-LAN-Zugangspunkt in einem Gebäude, konfigurieren Sie das Netzwerk auf einen grundlegenden Netzwerkverbindungsmodus für mehrere Benutzer, und stellen Sie sicher, dass der Bluetooth-LAN-Zugangspunkt immer das piconet ist. (Das Hauptgerät des Piconet kann die Standortinformationen des Benutzers abrufen.
Die Bluetooth-Technologie wird hauptsächlich für die Ortung in kleinen Räumen verwendet, z. B. in einstöckigen Hallen oder Lagerhäusern. Der größte Vorteil der Bluetooth-Ortungstechnologie für Innenräume besteht darin, dass das Gerät klein ist und sich leicht in PDAs, PCs und Mobiltelefone integrieren lässt, so dass es leicht zu verbreiten ist. Theoretisch kann das Bluetooth-Indoor-Positionierungssystem den Standort von Benutzern mit mobilen Endgeräten mit integrierter Bluetooth-Funktion bestimmen, solange die Bluetooth-Funktion des Geräts eingeschaltet ist. Bei der Verwendung dieser Technologie für die Indoor-Kurzstreckenortung ist das Gerät leicht zu finden und die Signalübertragung wird nicht durch die Sichtlinie beeinträchtigt. Je nach den technischen Mitteln oder Algorithmen, die von den verschiedenen Unternehmen verwendet werden, kann die Genauigkeit bei 3 m bis 15 m liegen.
2. Wi-Fi-Ortungstechnologie für Innenräume
Es gibt zwei Arten der Wi-Fi-Positionierungstechnologie. Bei der einen wird die drahtlose Signalstärke mobiler Geräte und dreier drahtloser Netzzugangspunkte genutzt, um die Position von Personen und Fahrzeugen durch differenzielle Algorithmen genauer zu triangulieren. Die andere besteht darin, die Signalstärke einer großen Anzahl von bestimmten Standortpunkten im Voraus aufzuzeichnen und den Standort durch Vergleich der Signalstärke des neu hinzugefügten Geräts mit einer Datenbank zu bestimmen, die eine riesige Menge an Daten enthält.
Mit der Wi-Fi-Positionierung können komplexe, groß angelegte Positionierungs-, Überwachungs- und Verfolgungsaufgaben in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen erfüllt werden. Die Gesamtgenauigkeit ist relativ hoch. Allerdings kann die Genauigkeit bei der Positionierung in Innenräumen nur etwa 2 Meter erreichen, und eine präzise Positionierung ist nicht möglich. Aufgrund der weiten Verbreitung von Wi-Fi-Routern und mobilen Endgeräten kann das Ortungssystem das Netzwerk mit anderen Kunden teilen, die Hardwarekosten sind sehr niedrig, und das Wi-Fi-Ortungssystem kann die Möglichkeit von Funkfrequenzstörungen (RF) verringern.
Die Wi-Fi-Positionierung eignet sich für die Ortung und Navigation von Personen oder Fahrzeugen und kann in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, in denen Ortung und Navigation erforderlich sind, z. B. in medizinischen Einrichtungen, Themenparks, Fabriken, Einkaufszentren usw.
3. Radiofrequenz-Identifikationstechnologie für die Innenraumortung
Die RFID-Technologie zur Ortung in Innenräumen nutzt Funkfrequenzen und eine feste Antenne, um das Funksignal auf ein elektromagnetisches Feld abzustimmen. Das am Objekt befestigte Etikett erzeugt einen induzierten Strom, nachdem es das Magnetfeld durchlaufen hat, um die Daten zu übertragen. Mehrere Paare von Zwei-Wege-Kommunikation tauschen Daten aus, um den Zweck der Identifizierung und Triangulation Positionierung zu erreichen.
Die Radiofrequenz-Identifikationstechnologie zur Ortung in Innenräumen hat eine sehr kurze Reichweite, kann aber innerhalb weniger Millisekunden Informationen mit zentimetergenauer Ortungsgenauigkeit liefern. Aufgrund der Vorteile elektromagnetischer Felder, wie z. B. der fehlenden Sichtverbindung, ist die Übertragungsreichweite groß, die Größe des Zeichens ist relativ klein und die Kosten sind relativ niedrig. Es hat jedoch keine Kommunikationsmöglichkeiten, ist wenig störungsresistent und lässt sich nicht leicht in andere Systeme integrieren. Außerdem sind die Sicherheit und der Schutz der Privatsphäre der Benutzer sowie die internationale Standardisierung nicht perfekt genug.
Die Radiofrequenz-Identifikation in Innenräumen wird in Lagerhäusern, Fabriken und Einkaufszentren häufig zur Positionierung von Waren und Warenumläufen eingesetzt.
4. ZigBee-Ortungstechnologie für Innenräume
Diese Technologie bildet ein Netzwerk zwischen mehreren zu positionierenden blinden Knoten und einem Referenzknoten mit bekannter Position und einem Gateway. Jeder winzige Blindknoten koordiniert die Kommunikation untereinander, um eine vollständige Positionierung zu erreichen.
ZigBee ist eine aufkommende drahtlose Netzwerktechnologie für kurze Entfernungen und niedrige Raten. Diese Sensoren benötigen sehr wenig Energie, um Daten von einem Knoten zu einem anderen über Funkwellen zu übertragen. Als stromsparendes und kostengünstiges Kommunikationssystem arbeitet ZigBee sehr effizient. Allerdings wird die ZigBee-Signalübertragung durch Mehrwegeffekte und Bewegungen stark beeinträchtigt, und die Ortungsgenauigkeit hängt von der physikalischen Qualität des Kanals, der Dichte der Signalquelle, der Umgebung und der Genauigkeit des Algorithmus ab, was zu hohen Kosten für die Ortungssoftware führt, und es gibt noch viel Raum für Verbesserungen. .
Die ZigBee-Ortung in Innenräumen wurde von vielen großen Fabriken und Werkstätten als Managementsystem für das Personal am Arbeitsplatz übernommen.
5. Ultrabreitband-Ortungstechnologie (UWB)
Die Ultrabreitbandtechnologie ist eine neue drahtlose Kommunikationstechnologie, die in den letzten Jahren entstanden ist und sich stark von der traditionellen Kommunikationstechnologie unterscheidet. Sie benötigt keine Trägerwellen wie das herkömmliche Kommunikationssystem, sondern überträgt Daten durch Senden und Empfangen von extrem schmalen Impulsen im Nanosekunden- oder Mikrosekundenbereich und hat damit eine Bandbreite von 3,1 bis 10,6 GHz. Derzeit untersuchen Länder wie die Vereinigten Staaten, Japan, Kanada usw. diese Technologie, die gute Aussichten für die drahtlose Ortung in Innenräumen bietet.
Die UWB-Technologie ist eine drahtlose Technologie mit hoher Übertragungsrate, geringer Sendeleistung, starker Durchdringungsfähigkeit und basiert auf extrem schmalen Impulsen ohne Träger. Dank dieser Vorteile können genauere Ergebnisse im Bereich der Innenraumortung erzielt werden.
Bei der Ultrabreitband-Innenraum-Ortungstechnologie wird häufig der TDOA-Algorithmus zur Veranschaulichung des Entfernungsmessungs- und Ortungsalgorithmus verwendet, der auf der Zeitdifferenz der Signalankunft und dem Hyperbelschnittpunkt basiert. Ultrabreitband-Systeme umfassen Funksysteme, die extrem schmale Impulssignale erzeugen, senden, empfangen und verarbeiten. Das Ultrabreitband-Innenraum-Ortungssystem umfasst UWB-Empfänger, UWB-Referenzmarken und aktive UWB-Marken. Während des Ortungsprozesses empfängt der UWB-Empfänger das vom Tag ausgesendete UWB-Signal, und durch die Filterung verschiedener Störgeräusche, die in der Übertragung der elektromagnetischen Wellen enthalten sind, wird ein Signal mit effektiven Informationen erhalten, und dann führt die zentrale Verarbeitungseinheit die Berechnung und Analyse der Entfernung und der Positionierung durch.
Ultrabreitband kann für die präzise Ortung in Innenräumen verwendet werden, z. B. für die Standortbestimmung von Soldaten auf dem Schlachtfeld, die Verfolgung von Roboterbewegungen usw. Im Vergleich zu herkömmlichen Schmalbandsystemen haben Ultrabreitbandsysteme die Vorteile einer starken Durchdringung, eines geringen Stromverbrauchs, einer guten Anti-Interferenz-Wirkung, einer hohen Sicherheit, einer geringen Systemkomplexität und können eine präzise Positionsbestimmung ermöglichen. Daher kann die Ultrabreitbandtechnologie für die Ortung und Navigation von stationären oder sich bewegenden Objekten und Personen in Innenräumen eingesetzt werden und eine sehr genaue Ortungsgenauigkeit bieten. Je nach den von den verschiedenen Unternehmen verwendeten technischen Mitteln oder Algorithmen kann eine Genauigkeit von 0,1 m bis 0,5 m erreicht werden.
6. Infrarot-Ortungstechnik
Infrarotstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen zwischen Radiowellen und sichtbaren Lichtwellen. Das Prinzip der Infrarot-Innenraum-Ortungstechnologie besteht darin, dass Infrarotschilder modulierte Infrarotstrahlen aussenden, die von optischen Sensoren empfangen werden, die in Innenräumen zur Ortung installiert sind. Obwohl Infrarotstrahlen in Innenräumen eine relativ hohe Ortungsgenauigkeit aufweisen, können sich Infrarotstrahlen nur innerhalb der Sichtlinie ausbreiten, da Licht keine Hindernisse überwinden kann. Die beiden Hauptmängel der kurzen Sichtlinie und der kurzen Übertragungsdistanz führen dazu, dass die Ortungsgenauigkeit in Innenräumen sehr schlecht ist. Wenn sich das Logo in einer Tasche befindet oder durch Wände oder andere Hindernisse blockiert wird, funktioniert es nicht richtig. Es ist notwendig, in jedem Raum und Flur Empfangsantennen zu installieren, was sehr teuer ist. Daher sind Infrarotstrahlen nur für kurze Entfernungen geeignet und werden leicht durch Leuchtstofflampen oder Raumbeleuchtung gestört, was die genaue Positionierung einschränkt.
Das typische Infrarot-Innenraum-Ortungssystem Activebadges bringt ein elektronisches Etikett an dem zu messenden Objekt an, das in regelmäßigen Abständen die eindeutige ID des zu messenden Objekts über einen Infrarotsender an einen Infrarotempfänger sendet, der fest in einem Innenraum angebracht ist, und der Empfänger überträgt die Daten dann über ein kabelgebundenes Netzwerk an den Infrarotempfänger. Diese Ortungstechnologie verbraucht viel Strom und wird oft durch Wände oder Gegenstände in Innenräumen blockiert, was sie weniger praktisch macht. Kombiniert man Infrarot- und Ultraschalltechnik, lässt sich die Ortungsfunktion ebenfalls leicht realisieren. Durch die Verwendung von Infrarotstrahlen zur Auslösung des Ortungssignals wird der Ultraschallsender am Referenzpunkt veranlasst, Ultraschallwellen an den zu messenden Punkt zu senden, und der TOA-Basisalgorithmus wird zur Messung von Entfernung und Position durch den Zeitgeber angewendet. Dadurch wird zum einen der Stromverbrauch reduziert und zum anderen der Nachteil der kurzen Übertragungsdistanz der Ultraschall-Reflexions-Positionierungstechnologie vermieden. Die Vorteile der Infrarot- und der Ultraschalltechnologie ergänzen sich gegenseitig.
7. Ultraschall-Positionierungstechnik
Bei der Ultraschall-Ortungstechnologie werden mehrere Ultraschall-Lautsprecher im Haus installiert, die Ultraschallsignale aussenden, die von den Mikrofonen der Endgeräte erfasst werden können. Anhand des Zeitunterschieds zwischen den Ankunftszeiten der verschiedenen Schallwellen kann der Standort des Terminals ermittelt werden.
Da die Übertragungsgeschwindigkeit von Schallwellen viel geringer ist als die von elektromagnetischen Wellen, ist die Schwierigkeit der Systemimplementierung sehr gering. Die drahtlose Synchronisierung des Systems ist sehr einfach, und dann wird der Ultraschallsender zum Senden verwendet, und der Empfänger verwendet ein Mikrofon zum Empfangen, und die Position kann selbst berechnet werden.
Da die Geschwindigkeit von Schallwellen relativ gering ist, dauert es sehr lange, den gleichen Inhalt zu übertragen. Nur mit TDoA-ähnlichen Methoden kann eine größere Systemkapazität erreicht werden.
8. Geomagnetische Ortungstechnik
Die Erde kann man sich als magnetischen Dipol vorstellen, dessen einer Pol sich in der Nähe des geografischen Nordpols und dessen anderer in der Nähe des geografischen Südpols befindet. Das geomagnetische Feld besteht aus zwei Teilen: dem Grundmagnetfeld und dem sich verändernden Magnetfeld. Das magnetische Grundfeld ist der Hauptbestandteil des Erdmagnetfeldes. Es stammt aus dem Inneren der Erde. Es ist relativ stabil und gehört zum statischen Magnetfeld. Das sich verändernde Magnetfeld umfasst verschiedene kurzfristige Veränderungen des Erdmagnetfeldes, die hauptsächlich aus dem Erdinneren stammen und relativ schwach sind.
Die Stahlbetonstrukturen moderner Gebäude können das geomagnetische Feld auf lokaler Ebene stören, und Kompasse können dadurch beeinträchtigt werden. Im Prinzip führt eine Umgebung mit ungleichmäßigem Magnetfeld zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Beobachtung des Magnetfelds aufgrund unterschiedlicher Pfade. Diese Positionierungstechnologie namens IndoorAtlas nutzt die Veränderungen des Erdmagnetismus in Innenräumen für die Indoor-Navigation, und die Navigationsgenauigkeit kann 0,1 bis 2 Meter erreichen.
Allerdings ist die Verwendung dieser Technologie für die Navigation immer noch ein wenig umständlich. Sie müssen zunächst den Grundriss des Innenraums in die von IndoorAtlas bereitgestellte Kartenwolke hochladen und dann den mobilen Client verwenden, um das geomagnetische Feld in verschiedenen Richtungen des Zielorts aufzuzeichnen. Die aufgezeichneten geomagnetischen Daten werden vom Client in die Cloud hochgeladen, so dass andere die aufgezeichneten geomagnetischen Daten für eine genaue Navigation in Innenräumen nutzen können.
Baidu tätigte 2014 eine strategische Investition in den Entwickler der geomagnetischen Positionierungstechnologie IndoorAtlas und kündigte im Juni 2015 an, dass es dessen geomagnetische Positionierungstechnologie in seiner eigenen Kartenanwendung einsetzen würde, wobei die Technologie in Verbindung mit Wi-Fi-Hotspot-Karten und Trägheitsnavigationstechnologie verwendet wird. Die Genauigkeit ist hoch, und in kommerziellen Anwendungen kann sie Positionierungsstandards auf Meterebene erreichen. Allerdings wird das magnetische Signal leicht durch die wechselnden elektrischen und magnetischen Signalquellen in der Umgebung gestört. Das Ortungsergebnis ist instabil und die Genauigkeit wird beeinträchtigt.
9. Technologie zur Positionierung von Basisstationen
Die Ortung von Basisstationen wird im Allgemeinen für Mobiltelefonnutzer verwendet. Der Handy-Basisstations-Ortungsdienst wird auch als mobiler Standortdienst (LBS - Location Based Service) bezeichnet. Er erhält die Standortinformationen (Breiten- und Längengradkoordinaten) der Nutzer von mobilen Endgeräten über das Netz der Telekommunikations-Mobilfunkbetreiber (z. B. GSM-Netz). ), ein Mehrwertdienst, der den Nutzern mit Unterstützung der elektronischen Kartenplattform entsprechende Dienste zur Verfügung stellt, wie z. B. der dynamische Standortabfragedienst, der derzeit von China Mobile M-Zone angeboten wird.
Da die GPS-Ortung mehr Strom verbraucht, ist die Ortung von Basisstationen eine gängige Funktion von GPS-Geräten. Die Genauigkeit der Positionierung von Basisstationen ist jedoch gering und liegt im Allgemeinen zwischen 100 und 2.000 Metern.
10. Ortungstechnologien wie GPS und Beidou-Satelliten
Die Beidou-Satellitenortung wurde unabhängig von China entwickelt und nutzt geosynchrone Satelliten, um den Nutzern ein allwettertaugliches, regionales Satellitenortungssystem zu bieten. Es kann den geografischen Standort des Ziels oder des Nutzers schnell bestimmen und Navigationsinformationen für Nutzer und Behörden bereitstellen.
Das Beidou-Satellitennavigationssystem spielte eine wichtige Rolle bei der Erdbebenhilfe nach dem Wenchuan-Erdbeben 2008. Wenn die lokalen Kommunikationseinrichtungen schwer beschädigt sind, kann die Kommunikation zwischen verschiedenen Punkten und Abteilungen über das Beidou-Satellitensystem erfolgen, und die Standorte der verschiedenen Katastrophenhilfskräfte können genau bestimmt werden, so dass neue Rettungseinsätze je nach Katastrophenlage zeitnah erfolgen können.
Derzeit werden Beidou-Satelliten nur selten im zivilen Bereich eingesetzt, und auch Beidou-Mobiltelefone und Beidou-Autonavigation sind auf dem Markt zu finden.
Zusätzlich zu den oben genannten gibt es derzeit Dutzende oder sogar Hunderte von Ortungstechnologien, und jede Ortungstechnologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und geeigneten Anwendungsszenarien. Welche Technologie sich letztendlich durchsetzen wird, ist noch unbekannt und muss von der gesamten Branche im Laufe der Zeit getestet werden.