Oggi è l'era dei big data, in cui tutto è connesso e molte scene, dispositivi e oggetti possono essere collegati tra loro. Gestione e posizionamento efficienti. Con il forte sviluppo dell'industria dell'Internet degli oggetti negli ultimi due anni, è aumentata notevolmente anche la richiesta di tecnologie di posizionamento in vari scenari applicativi dell'Internet degli oggetti. Qui presenteremo diverse tecnologie di posizionamento per interni ed esterni.
1. Tecnologia di posizionamento Bluetooth
La tecnologia Bluetooth determina la posizione misurando la potenza del segnale. Si tratta di una tecnologia di trasmissione wireless a breve distanza e a bassa potenza. Installare un punto di accesso LAN Bluetooth appropriato all'interno, configurare la rete in modalità di connessione di base multiutente e assicurarsi che il punto di accesso LAN Bluetooth sia sempre il dispositivo principale di piconet. Il dispositivo principale di (piconet) può ottenere le informazioni sulla posizione dell'utente.
La tecnologia Bluetooth viene utilizzata principalmente per il posizionamento su piccola scala, ad esempio in capannoni o magazzini a un piano. Il vantaggio principale della tecnologia di posizionamento indoor Bluetooth è che il dispositivo è piccolo e facile da integrare in PDA, PC e telefoni cellulari, quindi è facile da diffondere. In teoria, per gli utenti in possesso di terminali mobili con funzioni Bluetooth integrate, finché la funzione Bluetooth del dispositivo è attivata, il sistema di posizionamento indoor Bluetooth può determinare la loro posizione. Quando si utilizza questa tecnologia per il posizionamento a breve distanza in ambienti interni, l'apparecchiatura è facile da trovare e la trasmissione del segnale non è influenzata dalla linea di vista. A seconda dei mezzi tecnici o degli algoritmi utilizzati dalle diverse aziende, la precisione può essere mantenuta a 3m~15m.
2. Tecnologia di posizionamento indoor Wi-Fi
Esistono due tipi di tecnologia di posizionamento Wi-Fi. Una consiste nell'utilizzare la potenza del segnale wireless dei dispositivi mobili e dei tre punti di accesso alla rete wireless per triangolare più accuratamente il posizionamento di persone e veicoli attraverso algoritmi differenziali. L'altro consiste nel registrare la potenza del segnale di un gran numero di punti di localizzazione determinati in anticipo e determinare la posizione confrontando la potenza del segnale del nuovo dispositivo aggiunto con un database contenente un'enorme quantità di dati.
Il posizionamento Wi-Fi può realizzare compiti complessi di posizionamento, monitoraggio e tracciamento su larga scala in un'ampia gamma di campi di applicazione. L'accuratezza totale è relativamente elevata. Tuttavia, la precisione per il posizionamento in ambienti interni può raggiungere solo circa 2 metri e non è possibile ottenere un posizionamento preciso. Grazie alla diffusione dei router Wi-Fi e dei terminali mobili, il sistema di posizionamento può condividere la rete con altri clienti, il costo dell'hardware è molto basso e il sistema di posizionamento Wi-Fi può ridurre la possibilità di interferenze a radiofrequenza (RF).
Il posizionamento Wi-Fi è adatto per il posizionamento e la navigazione di persone o veicoli e può essere utilizzato in varie situazioni che richiedono il posizionamento e la navigazione, come istituzioni mediche, parchi a tema, fabbriche, centri commerciali, ecc.
3. Tecnologia di posizionamento indoor con identificazione a radiofrequenza
La tecnologia di posizionamento indoor RFID utilizza la radiofrequenza e un'antenna fissa per sintonizzare il segnale radio in un campo elettromagnetico. L'etichetta attaccata all'oggetto genera una corrente indotta dopo aver attraversato il campo magnetico per trasmettere i dati. Più coppie di comunicazioni bidirezionali si scambiano i dati per raggiungere lo scopo dell'identificazione e della triangolazione del posizionamento.
La tecnologia di identificazione a radiofrequenza per il posizionamento in ambienti interni ha un raggio d'azione molto ridotto, ma può ottenere informazioni con una precisione di posizionamento a livello centimetrico in pochi millisecondi. Grazie ai vantaggi dei campi elettromagnetici, come la non line-of-sight, il raggio di trasmissione è ampio, le dimensioni del segnale sono relativamente ridotte e il costo è relativamente basso. Tuttavia, non ha capacità di comunicazione, scarsa capacità anti-interferenza e non è facile da integrare in altri sistemi. Inoltre, la sicurezza dell'utente e la protezione della privacy e la standardizzazione internazionale non sono abbastanza perfette.
Il posizionamento in interni con identificazione a radiofrequenza è stato ampiamente utilizzato in magazzini, fabbriche e centri commerciali per posizionare le merci e farle circolare.
4. Tecnologia di posizionamento interno ZigBee
Questa tecnologia forma una rete tra diversi nodi ciechi da posizionare e un nodo di riferimento con una posizione nota e un gateway. Ogni piccolo nodo cieco coordina la comunicazione con gli altri per ottenere un posizionamento completo.
ZigBee è una tecnologia di rete wireless emergente a breve distanza e a bassa velocità. Questi sensori richiedono pochissima energia per trasmettere i dati da un nodo all'altro attraverso le onde radio in modalità relay. Come sistema di comunicazione a basso consumo e a basso costo, ZigBee funziona in modo molto efficiente. Tuttavia, la trasmissione del segnale ZigBee è fortemente influenzata dagli effetti di multipath e dal movimento, e l'accuratezza del posizionamento dipende dalla qualità fisica del canale, dalla densità della sorgente del segnale, dall'ambiente e dall'accuratezza dell'algoritmo, con un conseguente costo elevato del software di posizionamento, e c'è ancora molto margine di miglioramento. .
Il posizionamento indoor ZigBee è stato adottato da molte grandi fabbriche e officine come sistema di gestione del personale sul posto di lavoro.
5. Tecnologia di posizionamento a banda ultralarga (UWB)
La tecnologia a banda ultralarga è una nuova tecnologia di comunicazione wireless emersa negli ultimi anni e molto diversa dalla tecnologia di comunicazione tradizionale. Non richiede l'uso di onde portanti nel sistema di comunicazione tradizionale, ma trasmette dati inviando e ricevendo impulsi estremamente stretti a livello di nanosecondi o microsecondi, con una larghezza di banda di 3,1~10,6GHz. Attualmente, paesi come Stati Uniti, Giappone, Canada, ecc. stanno studiando questa tecnologia, che ha buone prospettive nel campo del posizionamento wireless indoor.
La tecnologia UWB è una tecnologia wireless con un'elevata velocità di trasmissione, una bassa potenza di trasmissione, una forte capacità di penetrazione e si basa su impulsi estremamente stretti senza portante. Questi vantaggi le consentono di ottenere risultati più precisi nel campo del posizionamento indoor.
La tecnologia di posizionamento indoor a banda ultralarga utilizza spesso il TDOA per dimostrare l'algoritmo di misurazione e posizionamento, che si basa sulla differenza temporale di arrivo del segnale e sull'intersezione dell'iperbole. I sistemi a banda ultralarga comprendono sistemi radio che generano, trasmettono, ricevono ed elaborano segnali a impulsi estremamente stretti. Il sistema di posizionamento indoor a banda ultralarga comprende ricevitori UWB, tag di riferimento UWB e tag UWB attivi. Durante il processo di posizionamento, il ricevitore UWB riceve il segnale UWB emesso dall'etichetta e, filtrando le varie interferenze di rumore contenute nel processo di trasmissione delle onde elettromagnetiche, si ottiene un segnale contenente informazioni effettive, quindi l'unità di elaborazione centrale esegue il calcolo e l'analisi della portata e del posizionamento.
La banda ultralarga può essere utilizzata per il posizionamento preciso in ambienti interni, come la localizzazione dei soldati sul campo di battaglia, il tracciamento dei movimenti dei robot, ecc. Rispetto ai sistemi tradizionali a banda stretta, i sistemi a banda ultralarga presentano i vantaggi di una forte penetrazione, di un basso consumo energetico, di un buon effetto anti-interferenza, di un'elevata sicurezza, di una bassa complessità del sistema e sono in grado di fornire una precisione di posizionamento. Pertanto, la tecnologia a banda ultralarga può essere applicata al tracciamento del posizionamento e alla navigazione in ambienti interni di oggetti e persone fermi o in movimento e può fornire un'accuratezza di posizionamento molto precisa. A seconda dei mezzi tecnici o degli algoritmi utilizzati dalle diverse aziende, l'accuratezza può essere mantenuta a 0,1m~0,5m.
6. Tecnologia di posizionamento a infrarossi
I raggi infrarossi sono onde elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra le onde radio e le onde luminose visibili. Il principio della tecnologia di posizionamento interno a infrarossi è che i segnali a infrarossi emettono raggi infrarossi modulati, che vengono ricevuti dai sensori ottici installati all'interno per il posizionamento. Sebbene i raggi infrarossi abbiano un'accuratezza di posizionamento relativamente elevata, i raggi infrarossi possono propagarsi solo all'interno della linea visiva, poiché la luce non può attraversare gli ostacoli. Le due principali carenze, ossia la breve linea visiva e la breve distanza di trasmissione, rendono l'effetto del posizionamento in interni molto scarso. Quando il logo è posizionato in una tasca o è bloccato da pareti o altri ostacoli, non funziona correttamente. È necessario installare antenne riceventi in ogni stanza e corridoio, il che è costoso. Pertanto, i raggi infrarossi sono adatti solo per la propagazione a breve distanza e sono facilmente interferiti dalle lampade fluorescenti o dalle luci della stanza, con conseguenti limitazioni nel posizionamento preciso.
Il tipico sistema di posizionamento a infrarossi per interni Activebadges attacca un'etichetta elettronica all'oggetto da misurare, che invia periodicamente l'ID univoco dell'oggetto da misurare a un ricevitore a infrarossi posizionato in modo fisso all'interno dell'edificio attraverso un trasmettitore a infrarossi; il ricevitore trasmette poi i dati al ricevitore a infrarossi attraverso una rete cablata. database. Questa tecnologia di posizionamento consuma molta energia e spesso è bloccata da pareti o oggetti interni, il che la rende meno pratica. Se si combinano la tecnologia a infrarossi e quella a ultrasuoni, è possibile realizzare facilmente anche la funzione di posizionamento. Utilizzando i raggi infrarossi per attivare il segnale di posizionamento, il trasmettitore a ultrasuoni nel punto di riferimento emette onde ultrasoniche verso il punto da misurare e applica l'algoritmo di base TOA per misurare la distanza e la posizione attraverso il timer. Da un lato, riduce il consumo di energia e, dall'altro, evita i difetti della breve distanza di trasmissione della tecnologia di posizionamento a riflessione ultrasonica. I vantaggi della tecnologia a infrarossi e della tecnologia a ultrasuoni si completano a vicenda.
7. Tecnologia di posizionamento a ultrasuoni
La tecnologia di posizionamento a ultrasuoni prevede l'installazione di più altoparlanti a ultrasuoni in ambienti chiusi per emettere segnali a ultrasuoni che possono essere rilevati dai microfoni dei terminali. Grazie alla differenza di tempo di arrivo delle diverse onde sonore, è possibile dedurre la posizione del terminale.
Poiché la velocità di trasmissione delle onde sonore è molto inferiore a quella delle onde elettromagnetiche, la difficoltà di implementazione del sistema è molto bassa. La sincronizzazione wireless del sistema può essere ottenuta in modo molto semplice: il trasmettitore a ultrasuoni viene utilizzato per inviare e l'estremità ricevente utilizza un microfono per ricevere e la posizione può essere calcolata autonomamente.
Poiché la velocità delle onde sonore è relativamente bassa, è necessario molto tempo per trasmettere lo stesso contenuto. Solo con metodi simili al TDoA è possibile ottenere una maggiore capacità del sistema.
8. Tecnologia di posizionamento geomagnetico
La Terra può essere considerata come un dipolo magnetico, con un polo situato vicino al Polo Nord geografico e l'altro vicino al Polo Sud geografico. Il campo geomagnetico è composto da due parti: il campo magnetico di base e il campo magnetico variabile. Il campo magnetico di base è la parte principale del campo geomagnetico. Ha origine dall'interno della Terra. È relativamente stabile e appartiene al campo magnetico statico. Il campo magnetico mutevole comprende vari cambiamenti a breve termine del campo geomagnetico, che provengono principalmente dall'interno della Terra e sono relativamente deboli.
Le strutture in cemento armato degli edifici moderni possono perturbare il campo geomagnetico su scala locale e le bussole possono risentirne. In linea di principio, un ambiente con campo magnetico non uniforme produrrà risultati diversi nell'osservazione del campo magnetico a causa di percorsi diversi. Questa tecnologia di posizionamento, chiamata IndoorAtlas, sfrutta le variazioni del geomagnetismo negli ambienti interni per la navigazione indoor, con una precisione di navigazione che può raggiungere 0,1-2 metri.
Tuttavia, il processo di utilizzo di questa tecnologia per la navigazione è ancora un po' macchinoso. È necessario prima caricare la planimetria dell'interno sulla nuvola di mappe fornita da IndoorAtlas e poi utilizzare il suo client mobile per registrare il campo geomagnetico in diverse direzioni del luogo di destinazione. I dati geomagnetici registrati saranno caricati nel cloud dal client, in modo che altri possano utilizzare i dati geomagnetici registrati per una navigazione interna accurata.
Nel 2014 Baidu ha effettuato un investimento strategico nello sviluppatore di tecnologie di posizionamento geomagnetico IndoorAtlas e nel giugno 2015 ha annunciato che avrebbe utilizzato la sua tecnologia di posizionamento geomagnetico nella propria applicazione cartografica, utilizzando la tecnologia insieme alle mappe degli hotspot Wi-Fi e alla tecnologia di navigazione inerziale. La precisione è elevata e nelle applicazioni commerciali può raggiungere standard di posizionamento a livello di metro. Tuttavia, il segnale magnetico è facilmente interferito dalle mutevoli sorgenti di segnale elettrico e magnetico presenti nell'ambiente. Il risultato del posizionamento è instabile e la precisione ne risente.
9. Tecnologia di posizionamento della stazione base
Il posizionamento della stazione base è generalmente utilizzato dagli utenti di telefonia mobile. Il servizio di posizionamento della stazione base di telefonia mobile è chiamato anche servizio di localizzazione mobile (LBS - Location Based Service). Ottiene le informazioni sulla posizione (coordinate di latitudine e longitudine) degli utenti di terminali mobili attraverso la rete degli operatori di telecomunicazioni mobili (come la rete GSM). ), un servizio a valore aggiunto che fornisce agli utenti servizi corrispondenti con il supporto della piattaforma di mappe elettroniche, come il servizio di interrogazione dinamica della posizione attualmente fornito da China Mobile M-Zone.
Poiché il posizionamento GPS consuma più energia, il posizionamento della stazione base è una funzione comune delle apparecchiature GPS. Tuttavia, l'accuratezza del posizionamento della stazione base è bassa, generalmente con un errore compreso tra 100 metri e 2.000 metri.
10. Tecnologie di posizionamento come i satelliti GPS e Beidou
Il sistema di posizionamento satellitare Beidou è sviluppato in modo indipendente dalla Cina e utilizza satelliti geosincroni per fornire agli utenti un sistema di posizionamento satellitare regionale per tutte le stagioni. Può determinare rapidamente la posizione geografica dell'obiettivo o dell'utente e fornire informazioni di navigazione agli utenti e alle autorità.
Il sistema di navigazione satellitare Beidou ha svolto un ruolo importante nei soccorsi al terremoto di Wenchuan del 2008. Quando le strutture di comunicazione locali sono gravemente danneggiate, la comunicazione tra i vari punti e dipartimenti può essere ottenuta attraverso il sistema satellitare Beidou e la posizione delle varie forze di soccorso può essere determinata con precisione, in modo che le nuove missioni di soccorso possano essere emesse in modo tempestivo in base alla situazione del disastro.
In questa fase, i satelliti Beidou sono raramente utilizzati in ambito civile e sul mercato si possono trovare anche telefoni cellulari e navigatori per auto Beidou.
Oltre a quanto sopra menzionato, attualmente esistono decine o addirittura centinaia di tipi di tecnologie di posizionamento e ciascuna di esse presenta vantaggi, svantaggi e scenari applicativi adeguati. Quale tecnologia vincerà alla fine non è ancora noto e deve essere testato nel tempo dall'intero settore.