Войти
Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS ), также известная как системы отслеживания в реальном времени, используются для автоматического идентификации и отслеживания местоположения объектов или людей в реальном времени, обычно в здании или другом ограниченная область. Метки беспроводного RTLS прикрепляются к объектам или носятся людьми, и в большинстве RTLS фиксированные контрольные точки получают беспроводные сигналы от меток для определения их местоположения. Примеры систем определения местоположения в реальном времени включают отслеживание автомобилей на сборочной линии, обнаружение поддонов с товарами на складе или поиск медицинского оборудования в больнице.
Физический уровень технологии RTLS обычно представляет собой некоторую форму радиочастотной (RF) связи, но в некоторых системах используется оптический (обычно инфракрасный ) или акустический (обычно ультразвук ) вместо или в дополнение к RF. Метки и фиксированные опорные точки могут быть передатчиками, приемниками или обоими, что приводит к многочисленным возможным комбинациям технологий.
RTLS является формой локальной системы позиционирования и обычно не относится к GPS или отслеживанию мобильного телефона. Информация о местоположении обычно не включает скорость, направление или пространственную ориентацию.
Термин RTLS был создан (около 1998 г.) на торговой выставке Тимом Харрингтоном (WhereNet), Джеем Вербом ((PinPoint) и Берт Мур, (Automatic Identification Manufacturers, Inc. (AIM)). Он был создан для описания и отличия появляющейся технологии, которая не только обеспечивала возможности автоматической идентификации активных тегов RFID, но также добавляла возможность просмотра местоположения на экране компьютера. Именно на этой выставке PinPoint и WhereNet продемонстрировали первые образцы коммерческой системы RTLS на основе радио. Хотя эта возможность ранее использовалась военными и правительственными учреждениями, технология была слишком дорогой для коммерческих целей. В начале 1990-х первые коммерческие RTLS были установлены в трех медицинских учреждениях в США и основывались на передаче и декодировании сигналов инфракрасного света от активно передающих меток. С тех пор появилась новая технология, которая также позволяет применять RTLS к приложениям с пассивными тегами.
RTLS обычно используются в помещениях и / или в замкнутых пространствах, таких как здания, и не обеспечивают глобального покрытия, как GPS. Теги RTLS прикрепляются к мобильным элементам для отслеживания или управления. Контрольные точки RTLS, которые могут быть передатчиками или приемниками, расположены по всему зданию (или аналогичной интересующей области), чтобы обеспечить желаемое покрытие тегов. В большинстве случаев, чем больше установлено контрольных точек RTLS, тем выше точность определения местоположения, пока не будут достигнуты технологические ограничения.
Ряд разрозненных конструкций систем называют «системами определения местоположения в реальном времени», но есть два основных элемента конструкции системы:
Простейшая форма определения местоположения точки - это когда идентификационные сигналы ближнего действия от движущейся метки принимаются одним фиксированным считывателем в сенсорной сети, что указывает на совпадение местоположения считывателя и метки. В качестве альтернативы, идентификатор точки доступа может быть получен движущейся меткой и затем ретранслирован, обычно через второй беспроводной канал, в процессор определения местоположения. Точность обычно определяется сферой, охватываемой досягаемостью передатчика или приемника штуцера. Использование направленных антенн или технологий, таких как инфракрасный порт или ультразвук, которые блокируются перегородками комнаты, может поддерживать узкие отверстия различной геометрии.
Идентификационные сигналы от тега принимаются множеством считывающих устройств в сенсорной сети, и положение оценивается с использованием одного или нескольких алгоритмов определения местоположения, таких как трилатерация, мультилатерация или триангуляция. Точно так же идентификационные сигналы от нескольких контрольных точек RTLS могут быть получены тегом и ретранслированы обратно в процессор определения местоположения. Локализация с несколькими опорными точками требует, чтобы расстояния между опорными точками в сенсорной сети были известны, чтобы точно определить местонахождение тега, и определение расстояний называется диапазоном.
Другой способ вычисления относительного местоположения - если мобильные теги связываются напрямую друг с другом, а затем передают эту информацию процессору местоположения.
RF трилатерация использует оценочные диапазоны от нескольких приемников для оценки местоположения тега. RF триангуляция использует углы, под которыми радиочастотные сигналы поступают на несколько приемников, для оценки местоположения метки. Многие препятствия, такие как стены или мебель, могут исказить расчетную дальность и угловые показания, что приведет к различным качествам оценки местоположения. Определение местоположения на основе оценок часто измеряется с точностью до заданного расстояния, например с точностью 90% для диапазона 10 метров.
Системы, использующие технологии определения местоположения, которые не проходят сквозь стены, такие как инфракрасное или ультразвуковое, имеют тенденцию быть более точными в помещении, потому что только метки и приемники, которые имеют прямую видимость (или близкую видимость) может общаться.
RTLS можно использовать во многих логистических или операционных областях, таких как:
RTLS может рассматриваться как угроза на конфиденциальность при использовании для определения местонахождения людей. Недавно провозглашенное право человека на информационное самоопределение дает право не допускать раскрытия своей личности и личных данных другим лицам, а также распространяется на раскрытие информации о местности, хотя обычно это не применимы к рабочему месту.
Несколько известных профсоюзов выступили против использования систем RTLS для отслеживания рабочих, назвав их «началом Большого брата » и « вторжение в частную жизнь ".
Существует множество концепций и конструкций систем, обеспечивающих определение местоположения в реальном времени.
Общая модель для выбора наилучшего решения проблемы определения местоположения был построен в университете Radboud в Неймегене. Многие из этих ссылок не соответствуют определениям, данным в международной стандартизации ISO / IEC 19762-5 и ISO / IEC 24730-1. Однако некоторые аспекты производительности в реальном времени обслуживаются, а аспекты определения местоположения рассматриваются в контексте абсолютных координат.
В зависимости от используемой физической технологии для определения местоположения используется по крайней мере один, а часто и некоторая комбинация методов измерения дальности и / или изменения угла:
На определение местоположения в реальном времени влияет по множеству ошибок. Многие из основных причин связаны с физикой системы локации и не могут быть уменьшены за счет улучшения технического оборудования.
Многие системы RTLS требуют прямой видимости и прямой видимости. Для тех систем, где нет видимости от мобильных тегов до фиксированных узлов, не будет никакого результата или недействительный результат от поискового механизма. Это относится к определению местоположения спутников, а также к другим системам RTLS, таким как угол прибытия и время прибытия. Снятие отпечатков пальцев - это способ преодолеть проблему видимости: если места в зоне отслеживания содержат отчетливые отпечатки пальцев для измерения, линия прямой видимости не требуется. Например, если каждое местоположение содержит уникальную комбинацию показаний уровня сигнала от передатчиков, система определения местоположения будет работать правильно. Это верно, например, для некоторых решений RTLS на основе Wi-Fi. Однако наличие различных отпечатков силы сигнала в каждом месте обычно требует довольно высокой насыщенности передатчиков.
Измеренное местоположение может оказаться полностью ошибочным. Обычно это результат простых операционных моделей для компенсации множества источников ошибок. После игнорирования ошибок оказывается невозможным обслуживать правильное место.
Реальное время не является зарегистрированным брендом и не имеет присущего качества. Под этим термином подпадает множество предложений. Поскольку движение вызывает изменения местоположения, время ожидания для вычисления нового местоположения неизбежно может быть доминирующим в отношении движения. Либо система RTLS, которая требует ожидания новых результатов, не стоит денег, либо операционная концепция, которая требует более быстрого обновления местоположения, не соответствует выбранному системному подходу.
Местоположение никогда не будет сообщаться точно, так как термин "реальное время" и термин "точность" прямо противоречат аспектам теории измерений, а также термины "точность" и термин "стоимость" противоречат экономическим аспектам. Это не исключение точности, но ограничения с более высокой скоростью неизбежны.
Постоянное распознавание сообщаемого местоположения отдельно от физического присутствия обычно указывает на проблему недостаточного переопределения и отсутствия видимости по крайней мере по одному каналу от резидентных якорей к мобильным транспондерам. Такой эффект вызван также недостаточностью концепций для компенсации потребности в калибровке.
Шумы от различных источников неравномерно влияют на стабильность результатов. Цель обеспечить стабильный внешний вид увеличивает задержку, что противоречит требованиям реального времени.
Поскольку у объектов, содержащих массу, есть ограничения на прыжок, такие эффекты в большинстве своем выходят за рамки физической реальности. Скачки сообщаемого местоположения, не видимого с самим объектом, обычно указывают на неправильное моделирование с помощью механизма определения местоположения. Такой эффект вызван изменением преобладания различных вторичных реакций.
Сообщается о перемещении находящихся поблизости объектов, как только принятые меры смещаются из-за вторичных отражений пути, вес которых увеличивается с течением времени. Такой эффект вызван простым усреднением и свидетельствует о недостаточном различении первых эхо-сигналов.
Основные вопросы RTLS стандартизированы Международной организацией по стандартизации и Международной электротехнической комиссией в рамках ISO / Серия МЭК 24730. В этой серии стандартов базовый стандарт ISO / IEC 24730-1 определяет термины, описывающие форму RTLS, используемую рядом поставщиков, но не охватывает весь объем технологии RTLS.
В настоящее время опубликовано несколько стандартов:
Эти стандарты не предусматривают каких-либо специальных методов вычисления местоположения или метода места измерения. Это может быть определено в спецификациях для трилатерации, триангуляции или любых гибридных подходов к тригонометрическим вычислениям для плоских или сферических моделей земной области.
В применении RTLS в сфере здравоохранения были опубликованы различные исследования, в которых обсуждались ограничения принятой в настоящее время RTLS. Используемые в настоящее время технологии RFID, Wi-Fi, UWB, все на основе RFID опасны в смысле создания помех чувствительному оборудованию. В исследовании, проведенном доктором Эриком Яном ван Лисхаутом из Академического медицинского центра Амстердамского университета, опубликованном в JAMA (Journal of the American Medical Equipment), утверждалось, что «RFID и UWB могут отключать оборудование, на которое полагаются пациенты», поскольку «RFID вызывал помехи в 34 из 123 проведенных ими испытаний ". Первый провайдер Bluetooth RTLS в медицинской промышленности поддерживает это в своей статье: «Тот факт, что RFID не может использоваться рядом с чувствительным оборудованием, сам по себе должен быть красным флагом для медицинской промышленности». RFID Journal ответил на это исследование, не отрицая его, а, скорее, объясняя реальное решение: «Исследование Purdue не показало никакого эффекта, когда системы сверхвысокой частоты (УВЧ) находились на разумном расстоянии от медицинского оборудования. Поэтому размещение считывателей в подсобных помещениях рядом с лифтов и над дверями между крыльями или отделениями больниц для отслеживания активов не проблема ». Однако «держаться на разумном расстоянии» все еще может оставаться открытым вопросом для приверженцев технологии RTLS и поставщиков в медицинских учреждениях.
Во многих приложениях очень сложно и в то же время важно сделать правильный выбор среди различных коммуникационных технологий (например, RFID, WiFi и т. Д.), Которые может включать RTLS. Неправильное проектное решение, принятое на ранних стадиях, может привести к катастрофическим результатам для системы и значительным потерям денег на ремонт и перепроектирование. Для решения этой проблемы была разработана специальная методика исследования космического пространства RTLS. Он состоит из таких шагов, как моделирование, спецификация требований и проверка, в единый эффективный процесс.
