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Know what is Indoor Positioning System and the technologies used in it
來 源:ZLG致远电子
提到定位,我們首先想到的是衛星、是GPS,但在室內衛星信號衰減嚴重,精度大大降低。在室內做人員定位,有哪些好辦法呢?
古人的望月觀日、司南辨位顯示人類文明的智慧和睿智。
現在一提到定位導航,大家首先想到的是 GPS。但是,衛星定位只能用在室外環境,一到室內,由於導航信號衰減太快,衛星定位就無法使用。
而事實上,隨著室內場景越來越龐大複雜,工業、安控等行業的高速發展,人員定位管理也逐漸成為了熱門市場。
大型商超希望能夠借助室內定位技術,為前來購物的消費者,提供即時導引服務,同時基於位置提供對應的行銷服務;醫院希望對醫療設備進行即時定位,便於需要時快速調用,希望能對特殊病患進行定位監護,防止其發生意外;高危化工廠需要對人員進行定位管理,防止發生安全事故等。
可以說,室內定位在零售、餐飲、物流、製造、化工、電力、醫療防疫等行業,均展現出了廣闊的市場前景。今天便一起瞭解下關於室內定位的相關方案。
WiFi 定位
目前 WiFi 是相對成熟且應用較多的技術,主要是透過行動設備和三個無線網路接入點的無線信號強度,透過差分算法,來比較精準地對人和車輛的進行三角定位。
方案特點:
WiFi 定位可以實現複雜的大範圍定位,但精度只能維持在米級定位(1-10m),無法做到精準定位;同時定位系統可以與其他客戶共享網路,但受限於 WiFi 通信距離問題,基地台布點較多,成本增加。
應用場景:
早期 WiFi 方案主要是應用在專業行業領域,隨著消費市場需求增加,目前在監獄、醫院、車間工廠等都有較大應用。
紅外線定位
紅外線室內定位有兩種,第一種是被定位目標使用紅外線 IR 標識作為移動點,發射調制的紅外射線,透過安裝在室內的光學感測器接收進行定位;第二種是透過多對發射器和接收器編織紅外線網覆蓋待測空間,直接對運動目標進行定位。
方案特點:
紅外線的技術已經非常成熟,用於室內定位精度相對較高,但是由於紅外線只能視距傳播,穿透性極差(可以參考家裡的電視遙控器),當標識被遮擋時就無法正常工作,也極易受燈光、煙霧等環境因素影響明顯;紅外線的傳輸距離不長,使其在佈局上,無論哪種方式,都需要在每個遮擋背後、甚至轉角都安裝接收端,佈局複雜,使得成本提升,而定位效果有限。
應用場景:
適用於實驗室對簡單物體的軌跡,精確定位記錄,以及室內自走機器人的位置定位。
藍牙定位
藍牙信標技術目前部署的也比較多,也是相對比較成熟的技術。藍牙跟 WiFi 的區別不是太大,精度會比 WiFi 稍微高一點。
方案特點:
藍牙定位技術最大的優點是設備體積小、短距離、低功耗,容易整合在手機等行動設備中。只要設備的藍牙功能開啓,就能夠對其進行定位;藍牙傳輸不受視距的影響,但對於複雜的空間環境,藍牙系統的穩定性稍差,受噪聲信號干擾大,且在於藍牙器件和設備的價格比較昂貴。
應用場景:
應用於對人的小範圍定位,例如單層大廳或商店。現在已經被某些廠商開始用於 LBS 推廣。
射頻辨識定位
射頻辨識室內定位技術利用射頻方式,天線或者設備把無線電信號調成電磁場,附著於物品的標籤,經過磁場後感應電流生成把數據傳送出去,以多對雙向通信交換數據,以達到辨識和三角定位的目的。
方案特點:
射頻辨識作用距離很近,但它可以在幾毫秒內,得到釐米級定位精度的資訊,而且標識的體積比較小,造價比較低;RFID 不具有通信能力,抗干擾能力較差,不便於整合到其他系統之中;用戶的安全隱私保障和國際標準化都不夠完善。
應用場景:
適用於倉庫、工廠、商場貨物、商品流轉定位。
超寬頻 UWB 定位
超寬頻定位技術是一種全新的、與傳統通信定位技術有極大差異的新技術。採用 UWB(超寬頻)脈衝信號,由多個感測器採用 TDOA 和 AOA 定位算法,對標籤位置進行分析,多徑分辨能力強、精度高,定位精度可達釐米級。
方案特點:
超寬頻技術具有 GHz 量級的頻寬,因此穿透力強、抗干擾效果好、安全性高、系統複雜度低、能提供精確定位精度,前景相當廣闊;新加入的盲節點需要主動通信使得功耗較高,而且事先也需要佈局,使得成本較高。
應用場景:
可用於各個領域的室內精確定位和導航,包括人和大型物品,例如汽車地庫停車導航、礦井人員定位、貴重物品倉儲等。
Zigbee 定位
傳統 Zigbee 定位方案與 WiFi、藍牙利用三角定位方案類似,利用行動標籤,與參考節點之間的信號強度進行測距,多基地台實現多維角度定位。
而 NXP JN5168 系列 Zigbee 晶片,在滿足信號強度測試功能要求外,還增加 TOF(空中飛行時間)測距方式,類似目前超寬頻 TDOA 和 AOA 定位算法。
方案特點:
Zigbee 傳輸需要很少的能量,具有低功耗特點;Zigbee 網路可同時進行數據傳輸工作,並支持多級路由,可將數據進行超遠距離傳輸;JN5168 系列方案整合 TOF(空中飛行時間)+RSSI(信號強度)雙方案測距方式,精準定位。
應用場景:
已經被廣泛應用於大型的工廠、地下管廊、礦區,以及工廠作為人員在崗管理系統所採用。
基於 NXP JN5168 無線微控制器開發的一系列低功耗、高性能 Zigbee 模組,可支持 TOF(空中飛行時間)與 RSSI(信號強度)測距功能。