Системы определения местоположения в реальном времени ( RTLS ), также известные как системы отслеживания в реальном времени , используются для автоматической идентификации и отслеживания местоположения объектов или людей в режиме реального времени , обычно в пределах здания или другой изолированной области. Беспроводные метки RTLS прикрепляются к объектам или носятся людьми, и в большинстве RTLS фиксированные контрольные точки получают беспроводные сигналы от меток для определения их местоположения. [1] Примеры систем обнаружения 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 некоторые системы используют оптическую (обычно инфракрасную ) или акустическую (обычно ультразвуковую ) технологию 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 - это форма локальной системы позиционирования, которая обычно не относится к GPS или отслеживанию мобильного телефона . Информация о местоположении обычно не включает скорость, направление или пространственную ориентацию.
Источник
Термин RTLS был создан (около 1998 г.) на выставке ID EXPO Тимом Харрингтоном (WhereNet), Джеем Вербом (PinPoint) и Бертом Муром (Automatic Identification Manufacturers, Inc. (AIM)). Он был создан для описания и дифференциации появляющейся технологии, которая не только обеспечивала возможности автоматической идентификации активных RFID- меток, но также добавляла возможность просмотра местоположения на экране компьютера. Именно на этой выставке PinPoint и WhereNet продемонстрировали первые примеры 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 инфракрасных световых сигналов от активно передающих меток. С тех пор появилась новая технология, которая также позволяет применять RTLS к приложениям с пассивными тегами.
Расположение концепций
RTLS обычно используется в помещениях и / или в закрытых помещениях, таких как здания, и не обеспечивает 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.
Все разрозненные конструкции систем называют «системами определения местоположения в реальном времени», но есть два основных элемента конструкции системы:
Расположение в узких местах
Простейшая форма определения местоположения дроссельной заслонки - 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 инфракрасное или ультразвуковое, которые блокируются перегородками комнаты, может поддерживать узлы сужения различной геометрии. [2]
Расположение в относительных координатах
Идентификационные сигналы от метки 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 опорных 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 метки, и определение расстояний называется ранжированием .
Другой способ вычисления относительного местоположения состоит в том, что мобильные теги напрямую связываются друг с другом, а затем передают эту информацию процессору местоположения.
Точность определения местоположения
RF-трилатерация использует оценочные диапазоны от нескольких приемников для оценки местоположения метки. Радиочастотная 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 10-метрового диапазона.
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 находятся в прямой видимости (или вблизи прямой видимости), могут обмениваться данными.
Приложения
RTLS может использоваться во многих логистических или операционных областях, таких как:
- находить активы на объекте и управлять ими, например, обнаруживать потерянную тележку для инструментов на складе или медицинское оборудование
- уведомление о новых местах, например, предупреждение, если тележка с инструментами ненадлежащим образом покинула объект
- чтобы объединить идентичность нескольких предметов, размещенных в одном месте, например на поддоне
- для поиска клиентов, например, в ресторане, для доставки еды или обслуживания
- для поддержания надлежащего уровня укомплектования штатами оперативных зон, например, обеспечение нахождения охранников в надлежащих местах исправительного учреждения
- для быстрого и автоматического учета всего персонала после или во время экстренной эвакуации
- Больница общего профиля Торонто рассматривает возможность RTLS сократить время карантина после вспышки инфекционного заболевания. [3] После недавней вспышки атипичной пневмонии 1% всего персонала был помещен в карантин, и более точные данные о том, кто подвергся воздействию вируса, могли снизить потребность в карантине. [3]
- для автоматического отслеживания и временной отметки прогресса людей или активов в процессе, например, отслеживания времени ожидания пациента в отделении неотложной помощи, времени, проведенного в операционной , и общего времени до выписки. Такую систему можно использовать для улучшения процессов.
- определение местоположения клинического уровня для поддержки управления возможностями неотложной помощи
Проблемы конфиденциальности
RTLS может рассматриваться как угроза конфиденциальности, когда используется для определения местонахождения людей. Недавно провозглашенное право человека на информационное самоопределение дает право не допускать раскрытия личности и личных данных другим лицам, а также охватывает раскрытие информации о местности, хотя это обычно не относится к рабочему месту .
Несколько известных профсоюзов выступили против использования систем RTLS для отслеживания рабочих, назвав их «началом Большого брата » и « вторжением в частную жизнь ». [4]
Современные технологии отслеживания местоположения можно использовать для определения пользователей мобильных устройств несколькими способами. Во-первых, поставщики услуг имеют доступ к сетевым и мобильным технологиям, которые могут определять местонахождение телефона в экстренных случаях. Во-вторых, историческое местоположение часто можно определить из записей поставщика услуг. В-третьих, другие устройства, такие как точки доступа Wi-Fi или улавливатели IMSI, могут использоваться для отслеживания ближайших мобильных устройств в режиме реального времени. Наконец, гибридные системы позиционирования объединяют различные методы в попытке преодолеть недостатки каждого отдельного метода. [5]
Типы используемых технологий
Существует множество концепций и конструкций систем, обеспечивающих определение местоположения в реальном времени. [6]
- Активная радиочастотная идентификация (Active RFID)
- Активная радиочастотная идентификация - инфракрасный гибрид (Active RFID-IR)
- Инфракрасный (ИК)
- Оптическое определение местоположения [7] [8]
- Низкочастотная идентификация указателей
- Полуактивная радиочастотная идентификация (полуактивная RFID)
- Пассивное определение местоположения RFID RTLS с помощью управляемой фазированной антенной решетки [9]
- Радиомаяк [10]
- Ультразвуковая идентификация (US-ID) [11]
- Ультразвуковой дальномер (US-RTLS) [12]
- Сверхширокополосный (UWB) [13]
- Широкий по узкой полосе [14]
- Беспроводная локальная сеть (WLAN, Wi-Fi) [15]
- Bluetooth [16] [17]
- Кластеризация в шумной обстановке [18] [19]
- Бивалентные системы [20]
Общая модель для выбора наилучшего решения проблемы определения местоположения была построена в Университете Радбауд в Неймегене . [21] Многие из этих ссылок не соответствуют определениям, данным в международной стандартизации ISO / IEC 19762-5 [22] и ISO / IEC 24730-1. [23] Однако некоторые аспекты работы в реальном времени обслуживаются, а аспекты определения местоположения рассматриваются в контексте абсолютных координат.
Расстояние и угол наклона
В зависимости от используемой физической технологии для определения местоположения используется по крайней мере один, а часто и некоторая комбинация методов измерения дальности и / или угла поворота:
- Угол прихода (AoA)
- Угол отклонения (AoD) (например, пеленгатор Bluetooth [24] имеет архитектуру RTLS, ориентированную на мобильные устройства [25] )
- Прямая видимость (LoS)
- Время прибытия (ToA)
- Мультилатерация (разница во времени прибытия) (TDoA)
- Время полета (ToF)
- Двусторонний диапазон (TWR) согласно патентам Nanotron
- Симметричный двусторонний двусторонний диапазон (SDS-TWR)
- Электромагнитная дальность в ближнем поле (NFER)
Ошибки и точность
На определение местоположения в реальном времени влияет множество ошибок. Многие из основных причин связаны с физикой системы локации и не могут быть уменьшены путем улучшения технического оборудования.
- Нет или нет прямого ответа
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 недействительного результата от механизма определения местоположения . 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 точки в зоне отслеживания содержат отчетливые отпечатки пальцев измерения, прямая видимость 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.
- Ложное местоположение
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.
- Поиск отставания
Реальное время не является зарегистрированным брендом и не имеет неотъемлемого качества. Под этим термином подпадает множество предложений. Поскольку движение вызывает изменения местоположения, неизбежно время ожидания для вычисления нового местоположения может быть доминирующим в отношении движения. Либо система RTLS, требующая ожидания новых результатов, не стоит денег, либо операционная концепция, требующая более быстрого обновления местоположения, не соответствует подходу выбранной системы.
- Ошибка временного местоположения
Местоположение никогда не будет сообщаться точно , поскольку 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.
- Ошибка стабильного местоположения
Распознавание сообщаемого местоположения независимо от физического присутствия обычно указывает на проблему недостаточного переопределения и отсутствия видимости по крайней мере на одном канале от резидентных якорей к мобильным транспондерам. Такой эффект вызван также недостаточностью концепций для компенсации потребностей в калибровке.
- Джиттер местоположения
Шум от различных источников неравномерно влияет на стабильность результатов. Цель обеспечить стабильный внешний вид увеличивает задержку, что противоречит требованиям реального времени.
- Прыжок с локации
Поскольку у объектов, содержащих массу, есть ограничения на прыжок, такие эффекты в большинстве своем выходят за рамки физической реальности. Скачки сообщаемого местоположения, не видимого для самого объекта, обычно указывают на неправильное моделирование с помощью механизма определения местоположения. Такой эффект вызван изменением преобладания различных вторичных реакций.
- Ползучесть локации
Сообщается о перемещении находящихся поблизости объектов, как только принимаемые меры смещаются из-за вторичных отражений от пути, вес которых увеличивается с течением времени. Такой эффект вызван простым усреднением и свидетельствует о недостаточном различении первых эхо-сигналов.
Стандарты
ISO / IEC
Основные вопросы RTLS стандартизированы Международной организацией по стандартизации и Международной электротехнической комиссией в соответствии с серией ISO / IEC 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:
- ISO / IEC 19762-5: 2008 Информационные технологии. Методы автоматической идентификации и сбора данных (AIDC). Гармонизированный словарь. Часть 5. Системы определения местоположения.
- ISO / IEC 24730-1: 2014 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 1. Интерфейс прикладного программирования (API).
- ISO / IEC 24730-2: 2012 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 2: Протокол радиоинтерфейса с расширенным спектром прямой последовательности (DSSS) 2,4 ГГц
- ISO / IEC 24730-5: 2010 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 5: Расширенный спектр щебета (CSS) на радиоинтерфейсе 2,4 ГГц
- ISO / IEC 24730-21: 2012 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 21: Протокол радиоинтерфейса с расширенным спектром прямой последовательности (DSSS) 2,4 ГГц: передатчики, работающие с одним расширенным кодом и использующие кодирование данных DBPSK и схема распространения BPSK
- ISO / IEC 24730-22: 2012 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 22: Протокол радиоинтерфейса с расширенным спектром прямой последовательности (DSSS) 2,4 ГГц: передатчики, работающие с несколькими кодами расширения и использующие кодирование данных QPSK и Схема расширения QPSK со смещением Уолша (WOQPSK)
- ISO / IEC 24730-61: 2013 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 61: Радиоинтерфейс сверхширокополосной связи (UWB) с низкой частотой повторения импульсов
- ISO / IEC 24730-62: 2013 Информационные технологии. Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS). Часть 62: Радиоинтерфейс сверхширокополосной связи (UWB) с высокой частотой повторения импульсов.
Эти стандарты не предусматривают никаких специальных методов вычисления местоположений или методов измерения местоположений. Это может быть определено в спецификациях трилатерации, триангуляции или любых гибридных подходов к тригонометрическим вычислениям для плоских или сферических моделей земной области.
ИНЦИТЫ
- INCITS 371.1: 2003, Информационные технологии - Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) - Часть 1: Протокол радиоинтерфейса 2,4 ГГц
- INCITS 371.2: 2003, Информационные технологии - Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) - Часть 2: Протокол радиоинтерфейса 433 МГц
- INCITS 371.3: 2003, Информационные технологии - Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) - Часть 3: Интерфейс прикладного программирования
Ограничения и дальнейшее обсуждение
Что касается применения 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 ) [26], утверждалось, что «RFID и UWB могут отключать оборудование, на которое полагаются пациенты», как «RFID. вызвали помехи в 34 из 123 проведенных ими испытаний ". Первый провайдер Bluetooth RTLS в медицинской отрасли 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». [27] RFID Journal ответил на это исследование, не отрицая его, а скорее объяснив реальное решение: «Исследование Purdue не показало никакого эффекта, когда сверхвысокочастотные (УВЧ) системы находились на разумном расстоянии от медицинского оборудования. в комнатах, рядом с лифтами и над дверями между крыльями или отделениями больниц для отслеживания активов не проблема ». [28] Тем не менее, «держать на разумном расстоянии» все еще может оставаться открытым вопросом для приверженцев технологии RTLS и поставщиков медицинских услуг.
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. Неправильные проектные решения, принятые на ранних этапах, могут привести к катастрофическим результатам для системы и значительной потере 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 верификация, в единый эффективный процесс. [29]
Смотрите также
- Осведомленность о контексте
- Система позиционирования в помещении
- Осведомленность о местоположении
- Технологии позиционирования
- Отслеживание и отслеживание
- Система слежения за автомобилем
- Беспроводная триангуляция
Рекомендации
- ^ «Международная организация по стандартизации» . ISO . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ Судно система контроля грузов , 2015-04-27 , извлекаться 2019-04-05
- ^ а б «Больница общего профиля в Торонто использует RTLS для снижения передачи инфекции» . RFID журнал . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ Корен, Майкл Дж. (05.12.2011). "Система определения местоположения в реальном времени VA: способ повысить безопасность пациентов или Большой брат?" . Nextgov.com . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ Центр, Электронная информация о конфиденциальности. «EPIC - Конфиденциальность местоположения» . epic.org . Проверено 1 апреля 2021 .
- ^ Малик, Аджай (2009). RTLS для чайников . Вайли. п. 336. ISBN. 978-0-470-39868-5.
- ^ "Laserscanner zur Navigation | Götting KG" . Goetting.de (на немецком языке). 2015-04-17 . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ "HG 73840 | Götting KG" . Goetting.de (на немецком языке ) . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «Как RF Controls Technology прокладывает путь для« Интернета всего ». | RF Controls» . Rfctrls.com . 2014-05-07 . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «Технология RFID от Texas Instruments и код RF обеспечивают обслуживание и безопасность для гостей на горнолыжном курорте Steamboat» (PDF) . Rfidjournalevents.com . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «Система позиционирования, которая работает там, где не работает GPS - журнал Scientific American» . Sciam.com . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ [1] [ мертвая ссылка ]
- ^ «Поставщик UWB RTLS повышает чувствительность, снижает затраты» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) от 5 июля 2011 года . Проверено 31 марта 2009 года .
- ^ "ПОТЕРЯЛИ - Real Time System Location Essensium в" . Архивировано из оригинального 10 -го октября 2010 года . Проверено 8 апреля 2010 года .
- ^ "Краткое описание продукции: Ekahau RTLS" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 6 декабря 2008 года . Проверено 31 марта 2009 года .
- ^ Сын Ле Тхань; Ортен, По (15 марта 2007 г.). «Повышение точности позиционирования Bluetooth». 2007 IEEE Wireless Communications and Networking Conference . Ieeexplore.ieee.org . С. 2726–2731. DOI : 10,1109 / WCNC.2007.506 . ISBN 978-1-4244-0658-6.
- ^ «Системы определения местоположения в реальном времени» (PDF) . кларнокс . Проверено 4 августа 2010 .
- ^ «Совместная локализация: улучшение оценки положения на основе WiFi с помощью соседних связей в кластерах» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 08.01.2010 . Проверено 31 марта 2009 года .
- ^ Юсеф, Массачусетс; Agrawala, A .; Удая Шанкар, А. (26 марта 2003 г.). «Определение местоположения WLAN с помощью кластеризации и распределения вероятностей». Труды Первой Международной конференции IEEE по повсеместным вычислениям и коммуникациям, 2003 г. (Per Com 2003) . Ieeexplore.ieee.org . С. 143–150. DOI : 10,1109 / PERCOM.2003.1192736 . ISBN 978-0-7695-1893-0.
- ^ «Цитирование» . Portal.acm.org . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «Методы позиционирования: Общая модель» . Radboud University of Nijmegen.
- ^ «ISO / IEC 19762-5: 2008 - Информационные технологии - Методы автоматической идентификации и сбора данных (AIDC) - Гармонизированный словарь - Часть 5: Системы определения местоположения» . Iso.org . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ "ISO / IEC 24730-1: 2006 - Информационные технологии - системы фиксирующих в реальном времени (RTLS) - Часть 1: Применение программного интерфейса (API)" . Iso.org . Источник 2016-04-28 .
- ^ "direction_finding [Bluetooth® LE Wiki]" . bluetoothle.wiki . Проверено 23 января 2020 .
- ^ «Роль Quuppa в отношении новой функции определения направления Bluetooth SIG | Система определения местоположения в реальном времени (RTLS)» . Quuppa . 2019-02-14 . Проверено 23 января 2020 .
- ^ «Сеть JAMA | JAMA | Электромагнитные помехи от радиочастотной идентификации, вызывающие потенциально опасные инциденты в медицинском оборудовании для интенсивной терапии» . Jama.jamanetwork.com . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «RFID мертв в медицинской промышленности?» . Locatible.com . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ «Хорошие и плохие новости о RFID в больницах» . RFID журнал . Проверено 28 апреля 2016 .
- ^ Киров Д.А.; Passerone R .; Ожиганов А.А. (2015). «Методология проектирования космических исследований систем определения местоположения в реальном времени» . Научно-технический журнал информационных технологий, механики и оптики . 15 (4): 551–567. DOI : 10.17586 / 2226-1494-2015-15-4-551-567 .
дальнейшее чтение
- Малик, Аджай (2009). RTLS для чайников . Вайли. п. 384. ISBN 978-0-470-39868-5.
- Геолокация внутри помещений с использованием беспроводных локальных сетей (Berichte Aus Der Informatik), Майкл Вальбаум (2006)
- Локальные системы позиционирования: приложения и услуги LBS, Кшиштоф Колодзей и Хьельм Йохан, CRC Press Inc (2006)