Satelliten können nicht in Innenräumen gesucht werden, daher kann die herkömmliche GPS/Beidou-Positionierung nicht verwendet werden. Die einzige herkömmliche freie Positionierung ist die Basisstationspositionierung LBS des Betreibers, aber diese Genauigkeit ist wirklich schlecht, im Allgemeinen mit einer Abweichung von mehreren zehn bis Hunderten von Metern. Daher war die Positionierung in Innenräumen schon immer ein schwieriges Problem.
Bisher ist UWB die relativ ausgereifte Lösung in der Branche, aber die Kosten für UWB-Basisstationen sind zu hoch. Derzeit können sie sich nur begrenzte Einheiten mit ausreichenden Mitteln, wie Kraftwerke und Gefängnisse, leisten.
Die Suche nach kostengünstigen Indoor-Positionierungstechnologielösungen war das Evangelium, auf das die Branche viele Jahre gewartet hat, bis die Bluetooth-Beacon-Technologielösung auf den Markt kam.
AIoT ist mit allen Dingen verbunden, und intelligente Helme , intelligente Helme , Helmrekorder , Strafverfolgungsrekorder , fahrzeugmontierte DVR /NVR, Ballsteuerung , intelligente Brillen , intelligente Taschenlampen , zusätzliche 4G-Übertragungssysteme für Drohnen usw. sind vereinheitlicht und miteinander verbunden groß angelegte integrierte Kommunikation, visuelle Befehlsplanungsplattform VMS/ Smarteye .
Die Bluetooth-Beacon-Positionierung ist eine revolutionäre Technologie. Sie macht teure und hochdichte Positionierungsbasisstationen überflüssig und reduziert die Systemkosten erheblich. Solange das mobile (Video-/Positionierungs-)Endgerät Bluetooth unterstützt, kann es mit Bluetooth-Beacons zusammenarbeiten, um eine Positionierung zu erreichen .
WiFi-Positionierung
Derzeit ist die WiFi-Ortung die einfachste und praktikabelste Indoor-Ortungsmethode, für die keine Baufabrik erforderlich ist. Vorausgesetzt, es sind Positionskarten der WLAN-Router im Fabrikbereich und auf jeder Etage sowie die Strafverfolgungsrekorder des Android-Systems vorhanden , intelligente Helme, dreisichere Mobiltelefone usw. Android-Terminals können problemlos eine Positionierung in Innenräumen mit einer Positionierungsgenauigkeit von etwa 10 Metern erreichen, wodurch im Wesentlichen die Böden und Räume lokalisiert werden können, in denen sich Personen befinden. Die WiFi-Positionierung ist derzeit die einfachste und am leichtesten zu implementierende Methode unter den Indoor-Positionierungsmechanismen.
Bluetooth-Ortung vs. UWB-Ortung
1. Typische Route der Bluetooth-Ortungstechnologie: Bluetooth-Beacon
Streng genommen handelt es sich bei Bluetooth Beacon nicht um eine Positionierungstechnologie, sondern um eine Beurteilung der räumlichen Zugänglichkeit von Bluetooth-Signalen. Sein größter Vorteil besteht darin, dass es kostengünstig und einfach ist. Es eignet sich für Verhaltensmanagement basierend auf räumlichen Standorten wie Inspektionen.
2C-seitige Bluetooth-Beacon-Anwendung
Bluetooth-Beacons werden als Standortanker verwendet, und die C-Seite verwendet Mobiltelefone, um Inhalte anzuzeigen, die sich auf die Ankerpunkte beziehen.
2B-seitige Bluetooth-Beacon-Anwendung
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Bluetooth-Beacons dienen als Standortanker, und die C-Seite nutzt Mobiltelefone, um Inspektions- und Stempelanwendungen zu implementieren;
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Bluetooth-Beacons dienen als Standortanker und Tags werden zum Empfang von Beacon-Broadcasts zur Standortbestimmung verwendet.
Da der Ankerpunkt keine Kommunikationsfunktion hat, muss das Tag die drahtlose Kommunikationsfunktion unterstützen. Hersteller bieten im Allgemeinen LORA- oder NB-Lösungen an; LoRa und NB sind beide Schmalband-IoT-Kommunikationslösungen mit sehr begrenzter Bandbreite. LORA WAN ist grundsätzlich nicht machbar und real- Die Zeitleistung kann nicht garantiert werden. Es kann nur das private LORA-Protokoll verwendet werden und das LORA-Gateway muss bereitgestellt werden. LORA verwendet einen Polling-Datenkommunikationsmechanismus, und eine drahtlose Datenkommunikation mit großen Datenmengen ist nicht zu erwarten. Die Anzahl der regionalen Tags darf zwanzig oder dreißig nicht überschreiten; basierend auf der regionalen Kapazität und dem Positionierungseffekt wird diese Lösung von Bluetooth-Beacon als Anker + Bluetooth-Tag (LORA) + LORA-Gateway nicht empfohlen.
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Bei Verwendung der Methode Bluetooth-Gateway + Bluetooth-Tag (Bluetooth-Beacon) ist das Bluetooth-Gateway für die Kommunikation verantwortlich;
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Dies wird häufig in Innenräumen verwendet. Das Bluetooth-Gateway dient als räumliche Standorterkennung und erfasst in Echtzeit im Raum vorhandene Bluetooth-Beacon-Geräte;
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Dies ist in Krankenhäusern, Schulen usw. sehr häufig;
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Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass sie eine Datenkommunikation ähnlich der Datenerfassung basierend auf einer BLE-Verbindung realisieren kann;
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Einschränkungen dieser Anwendung: Es wird empfohlen, dass die Anzahl der Space-Bluetooth-Geräte einige Hundert nicht überschreitet, und aufgrund der Unzuverlässigkeit der BLE-Broadcast-Kommunikation wird empfohlen, die Anwesenheitsüberwachung nur auf der Grundlage der Reichweite von Bluetooth-Signalen durchzuführen. Sonstiges -sogenannte Positionierungsalgorithmen sind nicht übertrieben, das ist völlig unrealistisch.
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Bluetooth-Beacons dienen als Standortanker und Smartphones sammeln Informationen, um Inspektionen und andere Funktionen durchzuführen; (diese Funktion lässt sich jedoch leicht durch RFID-basiertes NFC/enger Kontakt ersetzen)
Einschränkungen von Bluetooth AOA: Da es horizontal installiert werden muss, ist Bluetooth AOA nicht für Außenumgebungen geeignet. Zweitens ist die Erfahrung mit Bluetooth AOA ebenfalls durchschnittlich und auch Umwelteinflüsse haben einen großen Einfluss auf Bluetooth AOA.
Empfohlene Ortungsdienste basierend auf Bluetooth-Technologie:
1: Bluetooth-Beacons dienen als Standortanker, und Smartphones sammeln Informationen, um Inspektionen und andere Funktionen durchzuführen; (diese Funktion kann jedoch leicht durch RFID-basiertes NFC/enger Kontakt ersetzt werden)
2: Bluetooth-Gateway + Bluetooth-Beacon; Verwenden Sie unabhängige Räume wie Krankenhäuser, um Bluetooth-Gateways bereitzustellen; Verwenden Sie Bluetooth-Armbänder oder Bluetooth-Tags, um eine räumliche Standortverwaltung von Patienten und Geräten zu erreichen und eine Zieldatenerfassung basierend auf BLE zu erreichen;
Andere Lösungen werden nicht empfohlen, da sie viele grundlegende Fallstricke aufweisen, insbesondere die Triangulationspositionierung auf Basis von Bluetooth RSSI;
Bluetooth ist eher eine drahtlose Datenkommunikationstechnologie als eine drahtlose Positionierungstechnologie.
UWB ist eher eine drahtlose Ortungstechnologie als eine drahtlose Datenkommunikationstechnologie;
2. UWB-Positionierungslösung:
Im Vergleich zu allen drahtlosen Technologien sollte UWB als die beste und leistungsstärkste drahtlose Kommunikationstechnologie zur Ortung angesehen werden;
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Erstens kann UWB mehrere Frequenzbänder wie CH2, CH5, CH9 auswählen; die Entfernung von CH2 ist ein Vorteil, steht aber im Widerspruch zum 5G-Frequenzband des Betreibers; CH5 ist im Grunde ein nicht lizenziertes ISM-Frequenzband; CH9 ist ein fast 10G-Frequenzband , im Allgemeinen für die Kurzstreckenpositionierung verwendet; Bluetooth verwendet im Allgemeinen das nicht lizenzierte 2,4G-ISM-Frequenzband, das sich stark mit WIFI überschneidet. 2,4G verfügt auch über die meisten Arten von Geräten und Kommunikationstechnologien (Zigbee usw.).
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Darüber hinaus ist UWB eine Kurzpuls-Kommunikationstechnologie, die unter allen drahtlosen Kommunikationstechnologien die beste TOF-Entfernungsleistung und die höchste Genauigkeit aufweist.
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UWB nutzt die drahtlose BPSK-Modulationstechnologie. Im Vergleich zu FSK und OFDM (verwendet von Bluetooth) bietet es ein besseres Träger-Rausch-Verhältnis und eine stärkere Entstörungsleistung bei gleicher Frequenz.
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Obwohl die tatsächliche Leistung der UWB-Ortung etwas unbefriedigend ist, kann die drahtlose Ortung derzeit nur auf UWB zurückgreifen;
UWB hat viele technische Vorteile, aber warum ist seine tatsächliche Positionierung so unbefriedigend?
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Ein häufiges Problem bei der drahtlosen Kommunikation sind zunächst Signalstörungen . Obwohl UWB die drahtlose Signalmodulationstechnologie BPSK verwendet und ähnliche drahtlose Kommunikationstechnologien eine gute Leistung erbringen, führt die tatsächliche Ausrichtung der Tag-Sendeantenne und der Empfangsantenne der Basisstation zu schwachen Empfangssignalen , insbesondere bei großen Entfernungen. Bei großen Entfernungen ist es aufgrund des Problems der Antennenausrichtung grundsätzlich unmöglich, das UWB-Signal zu empfangen. Zweitens führt das Problem der Gleichkanalstörung (z. B. die Störung von 5G auf CH2) auch dazu, dass das UWB-Funksignal nicht erkannt wird oder verloren geht. Dieses Problem tritt insbesondere dann wahrscheinlicher auf, wenn die Entfernung zwischen dem Tag und der Basisstation zu groß ist ist relativ weit.
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Auswahl des Positionierungsalgorithmus : Bei guter Genauigkeit des UWB-TOF oder der Ankunftszeit können Sie eine Triangulationspositionierung basierend auf TOF oder TDOA basierend auf der Methode der kleinsten Quadrate wählen; die Triangulationspositionierung erfordert, dass die Umgebung vor Ort keine Hindernisse und Interferenzen aufweist, und das ist auch möglich Wählen Sie eine Triangulation basierend auf dem TOF-Entfernungswert. Die AOA-Positionierung erfordert außerdem, dass die Umgebung frei von Hindernissen und Störungen ist; diese Art der Positionierung auf der Grundlage von zwei Entfernungswerten oder mehreren Testwerten weist oft eine schlechte Anpassungsfähigkeit an Umgebungsstörungen auf. Die Positionierungsstabilität ist unbefriedigend. Es wird die Feingitterpositionierung basierend auf dem Fuzzy-Matching-Algorithmus der TOF-Entfernung ausgewählt. Der Deep-Learning- und Ähnlichkeits-Matching-Positionierungsalgorithmus des Signals wird übernommen. Die Anpassungsfähigkeit an Umgebungsstörungen ist viel besser als bei der herkömmlichen Triangulationspositionierung und AOA-Positionierung.
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Stromverbrauch und Kosten: Der Sende- und Empfangsstromverbrauch von UWB ist grundsätzlich mehr als fünfmal so hoch wie der von BLE, und die Chipkosten betragen ebenfalls mehr als das Fünffache, was zu einer geringen Marktakzeptanz führt.
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Standardisierung: Der Standardisierungsprozess von UWB ist nicht so gut wie der von Bluetooth. Natürlich haben in einigen Anwendungsszenarien die Nichtstandardisierung und die Anpassung des Verbindungsschichtprotokolls von UWB in einigen speziellen Bereichen Anwendungsmöglichkeiten gefunden.
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3. Ausgangspunkt der BLE+UWB-Kombination:
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2B-seitige Anwendungen basieren auf der BLE- und UWB-Signalabdeckung.
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Basierend auf den Eigenschaften von BLE wird ein geringer Stromverbrauch von Tags in Nicht-UWB-Positionierungsbereichen erreicht.
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Betreten oder verlassen Sie den UWB-Positionierungsbereich, verwenden Sie BLE, um das UWB-Modul zu aktivieren oder zu deaktivieren
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Implementieren Sie eine drahtlose Datenerfassungsfunktion basierend auf BLE
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Spezieller unabhängiger Büroraum im Innenbereich, der Bluetooth AOA verwendet, um eine präzise Positionierung von Indoor-Tags zu erreichen
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2C-Nebenanwendungen realisieren eine Langstreckenabdeckung auf Basis von BLE, und UWB realisiert eine Nahbereichs- und präzise Positionierung.
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UWB verwendet normalerweise die Azimutpositionierung PDOA oder AOA (Winkel + Entfernung).
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Zusammenfassen:
Angesichts der räumlichen Standortanforderungen müssen wir zunächst die Anforderungen und Managementziele klären. Wenn die Bluetooth-Beacon-Positionierung die Anforderungen erfüllen kann, besteht keine Notwendigkeit, UWB in Betracht zu ziehen. Wenn die Bluetooth-Beacon-Positionierung die Anforderungen nicht erfüllen kann, wird UWB ehrlich verwendet Es gibt keine bessere drahtlose Ortungstechnologie. Die Wahl ist vorhanden. ,
Der größte Vorteil von Bluetooth-Beacons besteht darin, dass sie einfach und kostengünstig sind
Der allgemeine Marktpreis für Bluetooth Beacon liegt bei etwa 200, während der Preis für Bluetooth + UWB Beacon bei etwa 200 liegt. Was sind die Unterschiede zwischen den beiden? In welchen Szenarien ist Bluetooth Beacon ausreichend? In welchen Szenarien ist Bluetooth + UWB Beacon erforderlich?
Werfen wir zunächst einen Blick auf die Situation von Bluetooth Beacon:
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Das Anti-Verlust-Gerät fungiert als Bluetooth-Peripheriegerät und das Mobiltelefon als Hauptgerät. Das Anti-Verlust-Gerät sendet regelmäßig Sendungen, das Mobiltelefon scannt und erkennt das Anti-Verlust-Gerät und das Mobiltelefon stellt eine Bluetooth-Verbindung her und sendet Befehle;
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Binden Sie das Mobiltelefon und das Anti-Verlust-Gerät im Voraus. Wenn das Mobiltelefon die Übertragung des Anti-Verlust-Geräts nicht empfangen kann, gibt das Mobiltelefon einen Alarm aus; aufgrund vieler Umstände (z. B. Entfernung und Interferenz) wird die Bluetooth-Übertragung gesendet Das Anti-Lost-Gerät kann nicht empfangen werden. Tatsächliche Erfahrungen mit dieser Funktion Nicht optimistisch. Darüber hinaus basiert die Bluetooth-Ranging-Funktion auf RSSI, das eine geringe Zuverlässigkeit aufweist, was ebenfalls zu einem schlechten Erlebnis führt. Entfernung, feuchte Luft, Metallhindernisse und Gleichkanalstörungen führen dazu, dass Bluetooth-Rundfunksignale nicht empfangen werden.
Bluetooth verwendet den nicht lizenzierten 2,4G-Kanal. Viele Geräte, einschließlich WLAN, nutzen dieses Frequenzband, und Gleichkanalstörungen sind besonders schwerwiegend.
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Die Bluetooth-Technologie selbst ist nicht für eine große Anzahl von Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenkommunikationen ausgelegt (außer Bluetooth MESH). Es wird nicht empfohlen, dass die Anzahl der vom Master-Gerät unterstützten Slave-Geräte zwanzig oder dreißig überschreitet, was bedeutet, dass die Anzahl der Zielgeräte in derselben Umgebung sollten nicht mehr als zwanzig sein. Für einige 2B-Szenarioanwendungen gibt es große Einschränkungen.
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UWB hat die Möglichkeit, das Kapazitätsproblem zu lösen, sowie eine relativ zuverlässige Datenkommunikationsgarantie (im Vergleich zu Bluetooth verfügt die drahtlose UWB-Kommunikation über eine stärkere Anti-Interferenz-Fähigkeit) und eine hochpräzise Entfernungsmessung (die visuelle Entfernungsgenauigkeit kann garantiert 30 cm betragen). , der möglicherweise durch einen Okklusionsfehler verursacht wird, aber der gesamte Entfernungseffekt ist weitaus größer als der, der auf RSSI basiert).
In einem Szenario mit mehreren Zielen (Hunderte von Zielen) kann zur Positionierung nur die UWB-Technologie ausgewählt werden.
Im Vergleich zur Bluetooth-Technologie ist die hochpräzise Entfernungsmessung auf Basis von UWB immer noch vertrauenswürdig;
Die tatsächliche Winkelmessung von PDOA basierend auf UWB ist nicht sehr zufriedenstellend und der Winkelfehler ist zu groß, was dazu führt, dass PDOA Anwendungen innerhalb von 10 Metern empfiehlt (diese Entfernung ist sehr peinlich und hat keinen großen Wert für das Anwendungsszenario).
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Bluetooth-Beacons unterstützen nur die Anwesenheitserkennung, während UWB eine feine Rasterpositionierung erreichen kann.
Bei der Bluetooth-Beacon-Standortverwaltung handelt es sich lediglich um eine Erkennung der Erreichbarkeit des Bluetooth-Signals. In einer komplexen Metallumgebung ist die Signalerreichbarkeit schwer zu bestätigen und die Erfahrung ist nicht gut.
Die Feinrasterpositionierung unterteilt jeden großen Raum entsprechend dem Zweck der physischen Raumverwaltung in verschiedene willkürliche Bereiche, um eine angestrebte Echtzeit-Bereichsverwaltung (Wer, welche Zeit und wo) zu erreichen. Die Grenze jedes Bereichs erstellt eine UWB-Signal-Lern- und Matching-Bibliothek basierend auf dem UWB-Signal und verwendet den klassischen Muster-Fuzzy-Matching-Algorithmus, um eine regionale Positionierung des Ziels zu erreichen. Die Definition des Gebiets ist sehr einfach: Es ist lediglich erforderlich, dass der Tag eine Woche lang an der Gebietsgrenze aktiv ist. Es handelt sich um eine Fuzzy-Matching-Echtzeitroute, die tolerant und anpassungsfähig gegenüber Störungen von Funksignalen ist.
Tunnelpositionierung
Für die Tunnelpositionierung im eindimensionalen Raum ist die UWB-Positionierung optimal. Eine Basisstation kann 100 bis 500 Meter mit einer Genauigkeit von 1 bis 5 Metern abdecken.
Indoor-Positionierung in Kraftwerken und Fabrikbereichen
WLAN-Positionierung ist verfügbar (Genauigkeit 5–10 Meter), keine Installation erforderlich; Bluetooth iBeacon-Positionierung ist verfügbar, mit einfacher Installation und Positionierungsgenauigkeit von bis zu 3–5 Metern.
Überblick über technische Lösungen zur Indoor-Ortung (UWB/Bluetooth usw.), https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=205
Bluetooth-Beacon zur Indoor-Ortung kombiniert mit Smart-Helm und Power-Recorder des Android-Systems, https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=267
Testbericht eines intelligenten Helms mit integrierter hochpräziser RTK-Beidou-Positionierung (MQTT-Kommunikation), https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=132
Intelligenter Helm mit integriertem UWB für die hochpräzise Positionierung im Innenbereich – Softwarebeschreibung, https://www.besovideo.com/detail?t=1&i=131
UWB-basierte hochpräzise Systemlösung zur Personalpositionierung für den digitalen Kohlehof, https://www.besovideo.com/detail?t=2&i=997