屋内測位（WiFi/UWB/Bluetoothなど）技術ソリューションの概要

屋内では衛星を検索できないため、従来の GPS/北斗測位は使用できません。従来の唯一の自由測位はオペレーターの基地局測位 LBS ですが、この精度は非常に低く、一般に数十から数百メートルの偏差があります。したがって、屋内での測位は常に困難な問題でした。

これまでのところ、業界で比較的成熟したソリューションは UWB ですが、UWB 基地局のコストが高すぎるため、現時点では、発電所や刑務所など、十分な資金を持つ限られた施設のみが基地局を利用できます。

低コストの屋内測位テクノロジソリューションの模索は、Bluetooth ビーコンテクノロジソリューションが登場するまで、業界が長年待ち望んでいた福音でした。

AIoTはあらゆるものとつながり、スマートヘルメット、スマートヘルメット、ヘルメットレコーダー、法執行レコーダー、車載DVR /NVR、ボールコントロール、スマートグラス、スマート懐中電灯、ドローン4G補完伝送システムなどが統合されてつながります。大規模統合通信ビジュアルコマンドスケジューリングプラットフォーム VMS/ smarteye 。

Bluetoothビーコン測位は革新的な技術です｡高価で高密度な測位基地局を廃止し､システムコストを大幅に削減します｡モバイル(映像/測位)端末がBluetoothに対応していれば､Bluetoothビーコンと連携して測位を実現できます｡。

WiFi測位

現在、最も簡単で実現可能な屋内測位方法は WiFi 測位であり、工場エリアと各フロアの WIFI ルーターと Android システムの法執行レコーダーの測位マップが存在する限り、建設工場を必要としません。 Android 端末は、測位精度約 10 メートルの屋内測位を容易に実現でき、基本的に人がいる階や部屋の位置を特定できます。WiFi 測位は現在、屋内測位メカニズムの中で最もシンプルで実装が簡単な方法です。

Bluetooth 測位と UWB 測位

1. Bluetooth の代表的な測位技術ルート: Bluetooth ビーコン

Bluetooth ビーコンは、厳密には測位技術ではなく、Bluetooth 信号の空間的なアクセスのしやすさを判定する技術であり、その最大の利点は、安価で簡単であること、検査などの空間位置に基づく行動管理に適していること、また、検査などの空間位置に基づく行動管理に適していること、また、Bluetooth 信号の空間的な到達可能性を判定する技術である。

2C側Bluetoothビーコンアプリ

Bluetooth ビーコンはロケーションアンカーとして使用され、C 側は携帯電話を使用してアンカーポイントに関連するコンテンツを表示します。

2B側Bluetoothビーコンアプリ

Bluetooth ビーコンはロケーションアンカーとして機能し、C 側は携帯電話を使用して検査およびクロックインアプリケーションを実装します。
Bluetooth ビーコンはロケーションアンカーとして機能し、タグはビーコンブロードキャストを受信して測位を行うために使用されます。

アンカーポイントには通信機能がないため、タグは無線通信機能をサポートする必要があります。メーカーは通常、LORA または NB ソリューションを提供します。LoRa と NB は両方とも帯域幅が非常に限られた狭帯域 IoT 通信ソリューションです。LORA WAN は基本的に実現不可能であり、実際には時間パフォーマンスは保証できない、LORAプライベートプロトコルのみ使用可能、LORAゲートウェイの導入が必要、LORAはポーリングデータ通信機構を採用しており、大容量の無線データ通信は期待できない、リージョンタグ数20 または 30 を超えることはできません。地域の容量と測位効果に基づいて、アンカー + Bluetooth タグ (LORA) + LORA ゲートウェイとしての Bluetooth ビーコンのこのソリューションは推奨されません。

Bluetooth ゲートウェイ + Bluetooth タグ (Bluetooth ビーコン) の方式を使用し、Bluetooth ゲートウェイが通信を担当します。
これは屋内で広く使用されており、Bluetooth ゲートウェイは空間位置識別子として機能し、空間に存在する Bluetooth ビーコンデバイスをリアルタイムで収集します。
これは病院や学校などで非常に一般的です。
このソリューションの利点は、BLE接続によるデータ収集と同様のデータ通信を実現できることです。
このアプリケーションの制限: スペース Bluetooth デバイスの数は数百を超えないようにすること、BLE ブロードキャスト通信の信頼性が低いため、Bluetooth 信号の到達範囲に基づいてプレゼンス監視のみを実行することをお勧めします。測位アルゴリズムと呼ばれるものは、贅沢なことを求めないでください。まったく非現実的です。
Bluetooth ビーコンは位置アンカーとして機能し、スマートフォンは情報を収集して検査やその他の機能を実装します (ただし、この機能は RFID ベースの NFC/密着に簡単に置き換えられます)。

Bluetooth AOA の制限: Bluetooth AOA は水平に設置する必要があるため、屋外環境には適していません。第 2 に、Bluetooth AOA の体験も平均的であり、環境干渉要因も Bluetooth AOA に大きな影響を与えます。

Bluetooth テクノロジーに基づく推奨位置情報サービス:

1: Bluetooth ビーコンはロケーションアンカーとして機能し、スマートフォンは情報を収集して検査やその他の機能を実行します (ただし、この機能は RFID ベースの NFC/密着に簡単に置き換えられます)

2: Bluetooth ゲートウェイ + Bluetooth ビーコン、病院などの独立したスペースを使用して Bluetooth ゲートウェイを展開、Bluetooth ブレスレットまたは Bluetooth タグを使用して患者とデバイスの空間位置管理を実現し、BLE に基づく目標データ収集を実現します。

他のソリューションには、特に Bluetooth RSSI に基づく三角測量測位など、多くの基本的な落とし穴があるため、お勧めできません。

Bluetooth は、無線測位技術というよりは、無線データ通信技術です。

UWB は、無線データ通信技術というよりは、無線測位技術です。

2.UWB測位ソリューション:

すべての無線技術と比較して、UWB は測位用に最高かつ最高のパフォーマンスを発揮する無線通信技術とみなされるべきです。

- - 1. まず第一に、UWB は CH2、CH5、CH9 などの複数の周波数帯域を選択できます。CH2 は距離が遠いという利点がありますが、事業者の 5G 周波数帯域と競合します。CH5 は基本的に ISM 無認可の周波数帯域です。CH9 はほぼ 10G の周波数帯域です。 , 一般的に短距離測位に使用されます。Bluetooth は通常、WIFI と重なり合う 2.4G ISM アンライセンス周波数帯域を使用します。2.4G には、最も多くの種類のデバイスと通信テクノロジ (Zigbee など) もあります。
    2. さらに、UWB は短パルス通信技術であり、すべての無線通信技術の中で最高の TOF 測距性能と最高の精度を備えています。
    3. UWB は BPSK 無線変調技術を使用しており、FSK や OFDM (Bluetooth で使用される) と比較して、搬送波対雑音比の性能が高く、同一周波数の耐干渉性能が優れています。

UWB 測位の実際のパフォーマンスはやや満足のいくものではありませんが、無線測位は現在 UWB にのみ依存できます。

UWB には多くの技術的な利点がありますが、実際の位置付けがこれほど満足のいくものではないのはなぜでしょうか?

- - - まず、無線通信における一般的な問題は信号干渉です。UWB は BPSK 無線信号変調技術を使用しており、同様の無線通信技術はうまく機能しますが、タグの送信アンテナと基地局の受信アンテナの実際の方向により、受信信号が弱くなります。特に長距離の場合、アンテナの方向の問題により、基本的にUWB信号を受信することはできません。第二に、同一チャネル干渉の問題 (CH2 での 5G の干渉など) も、UWB 無線信号が検出されないか、失われた原因になります。この問題は、特にタグと基地局の間の距離が遠い場合に発生する可能性が高くなります。比較的遠いです。
    - 測位アルゴリズムの選択: UWB TOF または到着時間が良好な精度であれば、TOF または最小二乗法に基づく TDOA に基づく三角測量測位を選択できます。三角測量測位では、オンサイト環境に障害物や干渉がないことが必要です。 TOF 測距値に基づいて三角測量を選択します。AOA 測位では、環境に障害物や干渉がないことも必要です。2 つの測距値または複数のテスト値に基づくこの種の測位は、多くの場合、環境干渉に対する適応性が低くなります。位置安定性が不十分です。TOF測距のファジィマッチングアルゴリズムに基づく細かいグリッド測位を選択し、信号の深層学習と類似性マッチング測位アルゴリズムを採用し、環境干渉に対する適応性が従来の三角測量測位やAOA測位よりもはるかに優れています。
    - 消費電力とコスト: UWB の送受信消費電力は基本的に BLE の 5 倍以上であり、チップのコストも 5 倍以上であるため、市場での受け入れが低くなります。
    - 標準化: UWB の標準化プロセスは Bluetooth ほど優れていませんが、アプリケーションシナリオによっては、UWB の非標準化とリンク層プロトコルのカスタマイズが特殊な分野で応用の機会を見出していることもあります。

3. BLE+UWB の組み合わせの開始点:

- - 1. 2B 側アプリケーションは、BLE および UWB 信号カバレッジに基づいています。
    2. BLEの特性により、非UWB測位エリアにおけるタグの低消費電力を実現します。
    3. UWB 測位エリアに出入りする、BLE を使用して UWB モジュールをアクティブ化または非アクティブ化する
    4. BLEによる無線データ収集機能を実装
    5. 特別な屋内の独立したオフィススペース。Bluetooth AOA を使用して屋内タグの正確な位置決めを実現

- - 1. 2C側アプリケーションはBLEベースの長距離カバレッジを実現し、UWBは短距離かつ正確な測位を実現します。
    2. UWB は通常、PDOA または AOA 方位測位 (角度 + 距離) を使用します。

要約:

空間的な位置要件に直面した場合、まず要件と管理目標を明確にする必要があり、Bluetooth ビーコン測位が要件を満たせる場合は UWB を考慮する必要はありませんが、Bluetooth ビーコン測位が要件を満たせない場合は素直に UWB を使用することになります。これに勝る無線測位技術はありません。、

Bluetooth ビーコンの最大の利点は、シンプルで安価であることです。

Bluetooth Beacon の一般的な市場価格は 200 前後、Bluetooth + UWB Beacon の価格は 200 前後です。2 つの違いは何ですか? どのようなシナリオで Bluetooth ビーコンが十分ですか? どのようなシナリオで Bluetooth + UWB ビーコンが必要ですか?

まず Bluetooth ビーコンの状況を見てみましょう。

紛失防止デバイスは Bluetooth 周辺機能として機能し、携帯電話はメインデバイスとして機能します。紛失防止デバイスは定期的にブロードキャストし、携帯電話は紛失防止デバイスをスキャンして検出し、携帯電話は Bluetooth 接続を確立します。そしてコマンドを送信します。

事前に携帯電話と紛失防止デバイスをバインドしてください。携帯電話が紛失防止デバイスのブロードキャストを受信できない場合、携帯電話は警告を発します。さまざまな状況（距離や干渉など）により、携帯電話の Bluetooth ブロードキャストは、この機能の実際の使用感楽観的ではありません。さらに、Bluetooth 測距は RSSI に基づいているため、信頼性が低く、エクスペリエンスも低下します。距離、湿った空気、金属製の障害物、および同一チャンネル干渉はすべて、Bluetooth ブロードキャスト信号が受信されない原因となります。

Bluetooth は 2.4G アンライセンスチャネルを使用し、WiFi を含む多くのデバイスがこの周波数帯域を使用するため、同一チャネル干渉が特に深刻です。

Bluetooth テクノロジー自体は、多数のポイントツーマルチポイントデータ通信用に設計されていません (Bluetooth MESH を除く)。マスターデバイスがサポートするスレーブデバイスの数が 20 または 30 を超えることはお勧めできません。同じ環境内のターゲットデバイスの数は 20 を超えてはなりません。これには、一部の 2B シナリオアプリケーションには大きな制限があります。

UWBには、比較的信頼性の高いデータ通信保証（Bluetoothと比較して、UWB無線通信の耐干渉能力が強い）と高精度測距（視覚測距精度は30cmを保証できる）のほかに、容量の問題を解決する機会がある。これはオクルージョンエラーによって引き起こされる可能性がありますが、全体的な測距効果は RSSI に基づくものよりもはるかに大きくなります。

マルチターゲット (数百のターゲット) シナリオでは、測位を実現するために UWB テクノロジーのみを選択できます。

Bluetooth テクノロジーと比較すると、UWB に基づく高精度測距は依然として信頼できます。

UWB に基づく PDOA の実際の角度測定はあまり満足できるものではなく、角度誤差が大きすぎるため、PDOA は 10 メートル以内のアプリケーションを推奨しています (この距離は非常に恥ずかしいため、アプリケーションシナリオの価値はあまりありません)。

Bluetooth ビーコンは存在検出のみをサポートしますが、UWB は細かいグリッド位置を実現できます。

Bluetooth ビーコンの位置管理は、Bluetooth 信号の到達範囲を検出するだけですが、複雑な金属環境では、信号の到達範囲を確認することが難しく、エクスペリエンスが良くありません。

細かいグリッド配置により、物理空間管理の目的に応じて広い空間を異なる任意のエリアに分割し、ターゲットのリアルタイムエリア管理 (誰が、いつ、どこで) を実現します。各エリアの境界では、UWB 信号に基づいて UWB 信号学習およびマッチングライブラリを確立し、古典的なパターンのファジーマッチングアルゴリズムを使用して、ターゲットの地域的な位置特定を実現します。エリアの定義は非常に簡単で、タグがエリア境界で 1 週間アクティブであることだけが必要です。これは、無線信号の妨害に対する耐性と適応性を備えた、ファジーマッチングリアルタイムルートです。

トンネルの位置決め

1 次元空間でのトンネルの測位には UWB 測位が最適であり、基地局は 1 ～ 5 メートルの精度で 100 ～ 500 メートルをカバーできます。

発電所や工場エリアの屋内測位

WIFI 測位が利用可能 (精度 5 ～ 10 メートル)、設置は不要、Bluetooth iBeacon 測位は簡単な設置で利用可能で、測位精度は最大 3 ～ 5 メートルです。

屋内測位 (UWB/Bluetooth など) 技術ソリューションの概要、https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=205

Android システムのスマートヘルメットおよび電力操作レコーダーと組み合わせた屋内測位用 Bluetooth ビーコン、https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=267

RTK北斗高精度測位（MQTT通信）を内蔵したスマートヘルメットのテストレポート、https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=132

UWB 屋内高精度測位機能を内蔵したスマートヘルメット - ソフトウェアの説明、https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=131

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