Estamos na era do big data, em que tudo está interligado e muitos ambientes, dispositivos e objetos podem ser conectados entre si. Gestão e posicionamento eficientes. Com o desenvolvimento vigoroso do setor da Internet das Coisas nos últimos dois anos, a procura por tecnologia de posicionamento em vários cenários de aplicação da Internet das Coisas também aumentou consideravelmente. Aqui, iremos apresentar várias tecnologias de posicionamento em ambientes interiores e exteriores.
1. Tecnologia de localização por Bluetooth
A tecnologia Bluetooth determina a localização através da medição da intensidade do sinal. Trata-se de uma tecnologia de transmissão sem fios de curta distância e baixo consumo de energia. Instale um ponto de acesso LAN Bluetooth adequado em ambiente interior, configure a rede para o modo de ligação de rede básica multiutilizador e certifique-se de que o ponto de acesso LAN Bluetooth é sempre o dispositivo principal da piconet. O dispositivo principal da piconet pode obter as informações de localização do utilizador.
A tecnologia Bluetooth é utilizada principalmente para o posicionamento em pequena escala, como em salões ou armazéns de um único piso. A maior vantagem da tecnologia de posicionamento interior por Bluetooth é que o dispositivo é pequeno e fácil de integrar em PDAs, computadores e telemóveis, pelo que é fácil de popularizar. Teoricamente, para os utilizadores que possuem dispositivos móveis com funções Bluetooth integradas, desde que a função Bluetooth do dispositivo esteja ativada, o sistema de posicionamento interior por Bluetooth consegue determinar a sua localização. Ao utilizar esta tecnologia para o posicionamento interior a curta distância, o equipamento é fácil de localizar e a transmissão do sinal não é afetada pela linha de visão. Dependendo dos meios técnicos ou algoritmos utilizados pelas diferentes empresas, a precisão pode ser mantida entre 3 m e 15 m.
2. Tecnologia de posicionamento em interiores por Wi-Fi
Existem dois tipos de tecnologia de posicionamento Wi-Fi. Um consiste em utilizar a intensidade do sinal sem fios dos dispositivos móveis e de três pontos de acesso à rede sem fios para triangular com maior precisão a localização de pessoas e veículos através de algoritmos diferenciais. O outro consiste em registar antecipadamente a intensidade do sinal num grande número de pontos de localização definidos e determinar a localização comparando a intensidade do sinal do dispositivo recém-adicionado com uma base de dados que contém uma enorme quantidade de dados.
O posicionamento por Wi-Fi permite realizar tarefas complexas de posicionamento, monitorização e rastreamento em grande escala numa vasta gama de áreas de aplicação. A precisão global é relativamente elevada. No entanto, a precisão do posicionamento em interiores atinge apenas cerca de 2 metros, não sendo possível obter um posicionamento preciso. Devido à popularidade dos routers Wi-Fi e dos terminais móveis, o sistema de posicionamento pode partilhar a rede com outros utilizadores, o custo do hardware é muito baixo e o sistema de posicionamento Wi-Fi pode reduzir a possibilidade de interferência de radiofrequência (RF).
O posicionamento por Wi-Fi é adequado para o posicionamento e a navegação de pessoas ou veículos, podendo ser utilizado em diversas situações que exijam posicionamento e navegação, tais como instituições médicas, parques temáticos, fábricas, centros comerciais, etc.
3. Tecnologia de posicionamento em interiores por identificação por radiofrequência
A tecnologia de posicionamento em interiores por RFID utiliza radiofrequência e uma antena fixa para sintonizar o sinal de rádio num campo eletromagnético. A etiqueta fixada ao objeto gera uma corrente induzida após passar pelo campo magnético, para transmitir os dados. Vários pares de comunicação bidirecional trocam dados para permitir a identificação e o posicionamento por triangulação.
A tecnologia de posicionamento em interiores por identificação por radiofrequência (RFID) tem um alcance muito curto, mas consegue obter informações com uma precisão de posicionamento ao nível do centímetro em poucos milissegundos. Devido às vantagens dos campos eletromagnéticos, tais como a não necessidade de linha de visão, o alcance de transmissão é grande, o tamanho do dispositivo é relativamente pequeno e o custo é relativamente baixo. No entanto, não possui capacidades de comunicação, tem fraca capacidade anti-interferência e não é fácil de integrar noutros sistemas. Além disso, a segurança do utilizador, a proteção da privacidade e a normalização internacional ainda não são suficientemente aperfeiçoadas.
O posicionamento em interiores por identificação por radiofrequência tem sido amplamente utilizado em armazéns, fábricas e centros comerciais para localizar mercadorias e acompanhar a sua circulação.
4. Tecnologia de posicionamento em interiores ZigBee
Esta tecnologia cria uma rede entre vários nós «cegos» a posicionar e um nó de referência com uma posição conhecida, bem como um gateway. Cada um destes pequenos nós «cegos» coordena a comunicação entre si para alcançar um posicionamento completo.
O ZigBee é uma tecnologia emergente de rede sem fios de curta distância e baixa velocidade de transmissão. Estes sensores requerem muito pouca energia para transmitir dados de um nó para outro através de ondas de rádio, num sistema de retransmissão. Sendo um sistema de comunicação de baixo consumo energético e baixo custo, o ZigBee funciona de forma muito eficiente. No entanto, a transmissão do sinal ZigBee é fortemente afetada por efeitos de multipath e pelo movimento, e a precisão do posicionamento depende da qualidade física do canal, da densidade da fonte de sinal, do ambiente e da precisão do algoritmo, o que resulta num custo elevado do software de posicionamento, havendo ainda muito espaço para melhorias. .
O sistema de posicionamento em interiores ZigBee tem sido adotado por muitas grandes fábricas e oficinas como sistema de gestão do pessoal no local de trabalho.
5. Tecnologia de posicionamento de banda ultralarga (UWB)
A tecnologia de banda ultra-larga é uma nova tecnologia de comunicação sem fios que surgiu nos últimos anos e que é muito diferente da tecnologia de comunicação tradicional. Não requer a utilização de ondas portadoras, como no sistema de comunicação tradicional, mas transmite dados através do envio e receção de impulsos extremamente curtos, com duração da ordem dos nanossegundos ou microssegundos, apresentando assim uma largura de banda de 3,1 a 10,6 GHz. Atualmente, países como os Estados Unidos, o Japão, o Canadá, entre outros, estão a estudar esta tecnologia, que apresenta boas perspetivas no domínio do posicionamento sem fios em interiores.
A tecnologia UWB é uma tecnologia sem fios que se caracteriza por uma elevada taxa de transmissão, baixa potência de transmissão e forte capacidade de penetração, baseando-se em impulsos extremamente estreitos sem portadora. São estas vantagens que lhe permitem obter resultados mais precisos no domínio do posicionamento em interiores.
A tecnologia de posicionamento em interiores de banda ultralarga recorre frequentemente ao TDOA para demonstrar o algoritmo de medição de distâncias e posicionamento, que se baseia na diferença de tempo de chegada do sinal e na intersecção de hipérboles. Os sistemas de banda ultralarga incluem sistemas de rádio que geram, transmitem, recebem e processam sinais de impulsos extremamente estreitos. O sistema de posicionamento interior de banda ultralarga inclui recetores UWB, etiquetas de referência UWB e etiquetas UWB ativas. Durante o processo de posicionamento, o recetor UWB recebe o sinal UWB emitido pela etiqueta e, ao filtrar várias interferências de ruído presentes no processo de transmissão de ondas eletromagnéticas, obtém-se um sinal que contém informação útil; em seguida, a unidade central de processamento realiza os cálculos e a análise de medição de distância e posicionamento.
A banda ultra-larga pode ser utilizada para o posicionamento preciso em ambientes interiores, como a localização de soldados no campo de batalha, o rastreio do movimento de robôs, etc. Em comparação com os sistemas tradicionais de banda estreita, os sistemas de banda ultra-larga apresentam as vantagens de forte penetração, baixo consumo de energia, boa resistência à interferência, elevada segurança, baixa complexidade do sistema e podem proporcionar uma precisão de posicionamento elevada. Por conseguinte, a tecnologia de banda ultra-larga pode ser aplicada ao rastreio e navegação de objetos e pessoas, tanto em repouso como em movimento, em ambientes interiores, proporcionando uma precisão de localização muito elevada. Dependendo dos meios técnicos ou algoritmos utilizados pelas diferentes empresas, a precisão pode ser mantida entre 0,1 m e 0,5 m.
6. Tecnologia de posicionamento por infravermelhos
Os raios infravermelhos são ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda situados entre as ondas de rádio e as ondas de luz visível. O princípio da tecnologia de posicionamento em interiores por infravermelhos consiste na emissão de raios infravermelhos modulados por sinais infravermelhos, que são recebidos por sensores óticos instalados no interior para efeitos de posicionamento. Embora os raios infravermelhos apresentem uma precisão de posicionamento em interiores relativamente elevada, só se propagam na linha de visão, uma vez que a luz não consegue atravessar obstáculos. As duas principais limitações — o campo de visão reto e curto e a curta distância de transmissão — tornam o efeito do posicionamento em interiores muito fraco. Quando o logótipo é colocado num bolso ou é bloqueado por paredes ou outros obstáculos, não funciona corretamente. É necessário instalar antenas recetoras em cada divisão e corredor, o que é dispendioso. Por conseguinte, os raios infravermelhos só são adequados para propagação a curta distância e são facilmente afetados por lâmpadas fluorescentes ou luzes da sala, o que lhes impõe limitações no que diz respeito ao posicionamento preciso.
O sistema típico de posicionamento interior por infravermelhos, o Activebadges, consiste na colocação de uma etiqueta eletrónica no objeto a medir, a qual envia periodicamente o identificador único do objeto para um recetor de infravermelhos fixado no interior, através de um transmissor de infravermelhos; o recetor transmite então os dados para uma base de dados através de uma rede com fios. Esta tecnologia de posicionamento consome muita energia e é frequentemente bloqueada por paredes ou objetos no interior, tornando-a menos prática. Se se combinarem as tecnologias de infravermelhos e ultrassónicos, a função de posicionamento também pode ser facilmente concretizada. Utilizam-se os raios infravermelhos para acionar o sinal de posicionamento, de modo a que o transmissor ultrassónico no ponto de referência emita ondas ultrassónicas para o ponto a ser medido, e aplica-se o algoritmo básico TOA para medir a distância e a posição através do temporizador. Por um lado, reduz o consumo de energia e, por outro, evita as desvantagens da curta distância de transmissão da tecnologia de posicionamento por reflexão ultrassónica. As vantagens da tecnologia de infravermelhos e da tecnologia ultrassónica complementam-se mutuamente.
7. Tecnologia de posicionamento por ultrassons
A tecnologia de localização por ultrassons consiste na instalação de vários altifalantes de ultrassons em espaços interiores para emitir sinais ultrassónicos que podem ser detetados pelos microfones dos terminais. Através da diferença no tempo de chegada das diferentes ondas sonoras, é possível determinar a localização do terminal.
Uma vez que a velocidade de transmissão das ondas sonoras é muito inferior à das ondas eletromagnéticas, a dificuldade de implementação do sistema é muito reduzida. A sincronização sem fios do sistema pode ser alcançada de forma muito simples: o transmissor ultrassónico é utilizado para enviar o sinal e o lado recetor utiliza um microfone para o receber, podendo a posição ser calculada pelo próprio.
Uma vez que a velocidade das ondas sonoras é relativamente baixa, a transmissão do mesmo conteúdo demora muito tempo. Só através de métodos semelhantes ao TDoA é possível obter uma maior capacidade do sistema.
8. Tecnologia de posicionamento geomagnético
A Terra pode ser considerada como um dipolo magnético, com um pólo localizado perto do Pólo Norte geográfico e o outro perto do Pólo Sul geográfico. O campo geomagnético é composto por duas partes: o campo magnético básico e o campo magnético variável. O campo magnético básico é a parte principal do campo geomagnético. Tem origem no interior da Terra. É relativamente estável e pertence ao campo magnético estático. O campo magnético variável inclui várias variações de curto prazo no campo geomagnético, que têm origem principalmente no interior da Terra e são relativamente fracas.
As estruturas de betão armado dos edifícios modernos podem perturbar o campo geomagnético à escala local, o que pode afetar as bússolas. Em princípio, um ambiente com um campo magnético não uniforme produzirá resultados de observação do campo magnético diferentes devido aos diferentes percursos. Esta tecnologia de posicionamento, denominada IndoorAtlas, utiliza as variações do geomagnetismo em espaços interiores para a navegação em interiores, podendo a precisão da navegação atingir 0,1 a 2 metros.
No entanto, o processo de utilização desta tecnologia para navegar ainda é um pouco complicado. É necessário, em primeiro lugar, carregar a planta do interior na nuvem de mapas fornecida pela IndoorAtlas e, em seguida, utilizar a sua aplicação móvel para registar o campo geomagnético em diferentes direções do local de destino. Os dados geomagnéticos registados serão carregados para a nuvem pelo cliente, para que outras pessoas possam utilizar esses dados para uma navegação interior precisa.
A Baidu realizou um investimento estratégico na IndoorAtlas, empresa desenvolvedora de tecnologia de posicionamento geomagnético, em 2014, e anunciou, em junho de 2015, que iria utilizar essa tecnologia no seu próprio aplicativo de mapas, combinando-a com mapas de pontos de acesso Wi-Fi e tecnologia de navegação inercial. A precisão é elevada e, em aplicações comerciais, pode atingir padrões de posicionamento ao nível do metro. No entanto, o sinal magnético é facilmente afetado por fontes de sinais elétricos e magnéticos variáveis no ambiente. O resultado do posicionamento é instável e a precisão fica comprometida.
9. Tecnologia de posicionamento de estações base
O posicionamento por estação base é geralmente utilizado para utilizadores de telemóveis. O serviço de posicionamento por estação base de telemóveis é também designado por serviço de localização móvel (LBS – Location Based Service). Este serviço obtém as informações de localização (coordenadas de latitude e longitude) dos utilizadores de terminais móveis através da rede das operadoras de telecomunicações móveis (como a rede GSM), sendo um serviço de valor acrescentado que fornece aos utilizadores serviços correspondentes com o apoio da plataforma de mapas eletrónicos, como o serviço de consulta dinâmica de localização atualmente prestado pela China Mobile M-Zone.
Uma vez que o posicionamento por GPS consome mais energia, o posicionamento por estação base é uma função comum dos equipamentos de GPS. No entanto, a precisão do posicionamento por estação base é baixa, situando-se geralmente num intervalo de erro entre 100 e 2 000 metros.
10. Tecnologias de localização, como os satélites GPS e Beidou
O sistema de posicionamento por satélite Beidou foi desenvolvido de forma independente pela China e utiliza satélites geossíncronos para proporcionar aos utilizadores um sistema regional de posicionamento por satélite que funciona em todas as condições meteorológicas. Permite determinar rapidamente a localização geográfica do alvo ou do utilizador e fornecer informações de navegação aos utilizadores e às autoridades.
O sistema de navegação por satélite Beidou desempenhou um papel importante nas operações de socorro após o terramoto de Wenchuan, em 2008. Quando as infraestruturas de comunicação locais ficam gravemente danificadas, a comunicação entre vários pontos e departamentos pode ser assegurada através do sistema de satélites Beidou, e a localização das várias equipas de socorro pode ser determinada com precisão, permitindo que novas missões de resgate sejam atribuídas atempadamente, de acordo com a situação de catástrofe.
Nesta fase, os satélites Beidou são raramente utilizados em assuntos civis, sendo também possível encontrar no mercado telemóveis Beidou e sistemas de navegação automóvel Beidou.
Para além do acima referido, existem atualmente dezenas ou mesmo centenas de tipos de tecnologias de posicionamento, e cada uma delas tem as suas próprias vantagens, desvantagens e cenários de aplicação adequados. Ainda não se sabe qual será a tecnologia que acabará por se impor, o que terá de ser comprovado ao longo do tempo por todo o setor.
