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Technologie ist die größte Errungenschaft außergewöhnlicher menschlicher Vorstellungskraft. In der Ortungs- und Navigationstechnologie war GPS (Global Positioning System), das präzise Positionsangaben im Freien anhand von Satellitensignalen liefert, ein großer Fortschritt im 20. Jahrhundert. IPS (Indoor Positioning System) hingegen eröffnete völlig neue Möglichkeiten in Innenräumen, in denen GPS nicht optimal funktioniert. In diesem Artikel stellen wir Ihnen Indoor-Positionierungssysteme vor und skizzieren die verschiedenen verfügbaren Technologien.
Was ist ein IPS?
Indoor-Positionierung, auch Indoor-Standortverfolgung genannt, ist ein Netzwerk von Geräten zur Ortung von Personen oder Objekten in geschlossenen Räumen, in denen GPS-Signale nicht ausreichend stark sind. Vereinfacht lässt es sich als „Indoor-GPS“ erklären. So wie GPS Menschen hilft, Objekte überall auf der Welt zu orten, leistet IPS dasselbe, allerdings in großen Innenräumen wie Bahnhöfen, Einkaufszentren, Krankenhäusern und U-Bahnen. Ein Indoor-Positionierungssystem ermöglicht die präzise Ortung von Objekten in Gebäuden, typischerweise über ein mobiles Gerät wie ein Smartphone oder Tablet.
IPS kann für die Optimierung Ihrer Indoor-Positionierung unerlässlich sein. Schätzungsweise verbringen Menschen mehr als 70 % ihrer Zeit in Innenräumen. Daher besteht weiterhin eine starke Nachfrage nach Technologien zur Bereitstellung von Indoor-Ortungsdiensten. Dies bietet auch große Marktchancen für Anbieter von IPS-Technologie. IPS ist im Alltag vielleicht nicht unbedingt erforderlich, aber in unbekannten Umgebungen ist es unerlässlich, insbesondere in Notfällen mit sehr schwachen GPS-Signalen, wie z. B. im Katastrophenschutz in mehrstöckigen Gebäuden oder in Kohlebergwerken.
Warum ist Indoor-Positionierung notwendig
Viele fragen sich, warum GPS nicht in Innenräumen eingesetzt werden kann. Wenn Sie sich auch fragen, lesen Sie weiter und erfahren Sie, warum Indoor-Positionierungssysteme heutzutage so beliebt sind.
Ungenauigkeit der GPS-Signale bei Verwendung in Innenräumen
Der Erfolg von GPS hat unsere Einstellung zur Technologie verändert. Die Effizienz von GPS ist jedoch nur im Freien gegeben und erfüllt nicht die Erwartungen an anspruchsvolle Innenräume. Da die GPS-Technologie die Signale von Satelliten im Orbit nutzt, werden diese Signale durch Dächer und Wände erheblich beeinträchtigt, sobald die Satellitenwellen versuchen, die Barrieren zu durchdringen und in Gebäude einzudringen. Normalerweise erreicht GPS eine Genauigkeit von 5 bis 10 Metern im Freien, ohne angrenzende hohe Gebäude, die das Signal blockieren könnten.
Weit verbreitete Anwendung der präzisen Positionierung
Die weit verbreitete Anwendung präziser Ortung hat die Nachfrage nach Indoor-Positionierungssystemdiensten erhöht. Der Bedarf war vorhanden, und Indoor-Positionierungssysteme gewinnen in verschiedenen Branchen aufgrund ihrer Vorteile zur Verbesserung der Serviceeffizienz zunehmend an Bedeutung. Außerhalb der Reichweite von GPS-Signalen werden IPS-Dienste in Branchen wie Handel, Gesundheitswesen, Militär oder zur Bestandsverfolgung in Lagern genutzt. Derzeit gibt es keinen Standard für ein IPS-System, und Unternehmen wie Google und Nokia kämpfen darum, diese Lösungen den Kunden anzubieten.
Wie funktionieren Indoor-Positionierungssysteme
Bevor wir uns mit IPS-Technologien befassen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie funktionieren. Ähnlich wie das Sender-Empfänger-Prinzip von GPS funktioniert IPS nach dem gleichen Prinzip. Mithilfe einer Vielzahl von Baken Mithilfe von Tags schätzt ein IPS den Standort des Zielobjekts anhand der gesammelten Beobachtungsdaten. Um Objekte innerhalb eines Gebäudes zu verfolgen, werden stationäre Beacons (Anker) eingesetzt, die die Signale der an den verfolgten Objekten angebrachten mobilen Beacons (Tags) empfangen. Die Anker empfangen die Signale der Tags und leiten sie an einen Server weiter, der dann den Echtzeitstandort des Objekts berechnet.
Arten von Indoor-Positionierungstechnologien
Im Gegensatz zu satellitengestütztem GPS vereint IPS verschiedene Technologien, darunter funkbasierte, optische, akustische und magnetische, mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen. Die verschiedenen IPS-Technologien und -Techniken arbeiten Hand in Hand und sorgen für eine höhere Genauigkeit. Im Folgenden werden die gängigsten Technologien zur Erkennung von Vergiftungen in Innenräumen vorgestellt.
Bluetooth/Bluetooth Low Energy
Bluetooth wurde ursprünglich für den Datenaustausch über kurze Distanzen verwendet, findet aber mittlerweile breite Anwendung in Indoor-Positionierungssystemen. Die Bluetooth-Positionierung umfasst hauptsächlich die terminal- und netzwerkseitige Positionierung. Die terminalseitige Positionierung eignet sich für die Positionierung und Navigation in Einkaufszentren und öffentlichen Verkehrszentren wie Flughäfen, während die netzwerkseitige Positionierung eher für die Positionierung und Verfolgung von Vermögenswerten und Personal in Lagerhallen geeignet ist. Die Bluetooth-Positionierung erfordert den Einsatz von Beacons im Zielgebiet. Zur Entfernungsschätzung werden Trilateration und RSSI-Wertänderungen verwendet. Die Bluetooth-Positionierungsgenauigkeit beträgt in der Regel etwa 3–5 Meter.
Ein gutes Beispiel hierfür ist der iBeacon von Apple. Er nutzt BLE, um Signale zu senden, die von Smart-Geräten in der Nähe erkannt werden können, um standortbasierte Dienste und Ortung auszulösen.
Der Bluetooth 5.1-Standard bringt einen neuen Bluetooth-Peilungsansatz für Bluetooth AoA und AoDBluetooth AoA-Positionierung ist eine neue Technologie zur Positionierung in Innenräumen. Die Antennenarrays erfassen die Signalrichtung der Sendeknoten und berechnen die relative Ausrichtung bzw. den Winkel zwischen Empfangsknoten (Gateway) und Sendeknoten (Tag). Dadurch kann die Bluetooth-Positionierungsgenauigkeit bis zu einem Meter betragen.
Darauf aufbauend wird die Einführung von Bluetooth 6.0 Letztes Jahr wurde Bluetooth Channel Sounding für sichere und präzise Entfernungsmessung eingeführt. Es nutzt PBR- und RTT-Methoden. Dies stellt eine bedeutende Innovation in der Bluetooth-Entfernungsmessung dar. Theoretisch kann eine mit UWB vergleichbare Genauigkeit von bis zu 10–30 cm erreicht werden.
W-Lan
Die Indoor-Positionierung mittels WLAN-Technologie nutzt die vorhandene Infrastruktur, die in gewerblichen Umgebungen bereits weit verbreitet ist. Viele öffentliche Einrichtungen wie Einkaufszentren, Krankenhäuser und Restaurants bieten mittlerweile kostenlose WLAN-Zugangspunkte an. Gleichzeitig sind WLAN-Empfänger Standardkomponenten moderner Mobilgeräte wie Smartphones und Tablets. Dies bildet die Grundlage für den Einsatz von WLAN als Technologie für Indoor-Positionierungs- und Navigationslösungen.
Bei der Implementierung von WLAN-Indoor-Positionierungssystemen werden die genauen Standorte der Zugangspunkte vorgegeben. Die Positionierungsmethode basiert auf der Messung der Signalstärkenabschwächung oder der Identifizierung von Mustern in der Signalverteilung, um die relative Position zwischen dem Gerät des Endbenutzers und dem Zugangspunkt zu berechnen. Dies ermöglicht eine Echtzeit-Indoor-Lokalisierung ohne zusätzliche Hardware. Die WLAN-Positionierungsgenauigkeit liegt typischerweise zwischen 5 und 15 Metern.
UWB (Ultrabreitband)
Die UWB-Positionierungstechnologie ermöglicht die hochpräzise Ortung von Objekten oder Personen in Gebäuden und hat sich zu einer der gängigsten Technologien für die Innenraumortung entwickelt. Da UWB-Signale eine Bandbreite von über 500 MHz und einen breiten Frequenzbereich von 3.1 bis 10.6 GHz aufweisen, können sie Daten durch Senden und Empfangen extrem schmaler Impulse im Nanosekunden- oder Subnanosekundenbereich übertragen. UWB nutzt typischerweise TDoA für eine präzise Innenraumortung. Die Technologie zeichnet sich durch hohe Resistenz gegen Mehrwegestörungen und ein hervorragendes Durchdringungsvermögen aus. Daher eignet sie sich für die Ortung und Verfolgung von stationären und beweglichen Objekten sowie Personen und bietet eine Genauigkeit im Zentimeterbereich.
UWB lässt sich jedoch nicht so einfach, schnell und kostengünstig implementieren wie Bluetooth-Beacon-Lösungen. Es erfordert die Installation eines kompletten Systems mit Gateways, und jedes Gateway hat eine begrenzte Reichweite (typischerweise etwa 150 Meter), was zu höheren Kosten führt. In einigen Fällen können UWB- und Bluetooth-AoA-Lösungen eine vergleichbare Positionierungsleistung liefern.
Gängige Anwendungsfälle für IPS
Der Begriff IPS ist weit gefasst und kann in nahezu allen Branchen eingesetzt werden, in denen die genaue Positionsbestimmung von belebten und unbelebten Objekten in Innenräumen unerlässlich ist. Ob in Einkaufszentren, Freizeitparks, Verkehrsknotenpunkten, Krankenhäusern, Universitäten oder sogar großen Firmenzentralen – IPS macht Ihre Ortung und Navigation mit einer App auf Ihrem Smartphone zu einem angenehmen Erlebnis. Im Folgenden haben wir einige gängige Anwendungsfälle von IPS ausgewählt.
Flughäfen und Bahnhöfe
In Verkehrsknotenpunkten, sei es in großen Flughäfen, Bahnhöfen oder Busbahnhöfen, ist ein Indoor-Positionierungssystem eine große Hilfe für Fahrgäste. Mithilfe von Indoor-Karten können sich Passagiere im Bahnhof orientieren und einen weniger überfüllten Weg zu ihren Fahrzeugen finden. Auch Verkehrsknotenpunkte können Indoor-Positionierungstechnologien einsetzen, um Reisenden ein besseres Erlebnis zu bieten.
Industrie und Fertigung
Der Einsatz von Indoor-Positionierungssystemen in der Industrie und im verarbeitenden Gewerbe hat in den letzten Jahren zugenommen. Ziel ist es, die Arbeitssicherheit zu erhöhen, Kosten zu senken und Prozesszeit zu sparen. Insbesondere in großen Fabriken sind Indoor-Positionierungssysteme eine wichtige Hilfe bei der Anlagenkontrolle, der Logistik und der Notfallversorgung.
Einkaufszentren
IPS kann nicht nur das Einkaufserlebnis für Verbraucher verbessern, sondern auch für standortbezogene Marketingkampagnen von Anbietern genutzt werden. Diese Einkaufszentren sind in der Regel groß und verfügen oft über komplexe Infrastrukturen. Mithilfe gemeinsamer Orientierungshilfen können Besucher schneller nach den gewünschten Produkten suchen und erhalten relevante Informationen darüber, was im Einkaufszentrum leicht zugänglich ist.
Krankenhäuser
Krankenhäuser versuchen seit Jahrzehnten, das Problem der Orientierung in Innenräumen zu lösen. Ein Indoor-Positionierungssystem kann Besuchern die Orientierung erleichtern und so Stress und Verspätungen reduzieren. Auch Ärzte und anderes Personal profitieren erheblich, da sie medizinische Geräte schnell finden, Patienten in einem bestimmten Umkreis orten und Verzögerungen bei Notfällen vermeiden können.
Parkhäuser
Parkhäuser befinden sich meist unter Einkaufszentren und großen Bürogebäuden, wo GPS-Signale nicht verfügbar sind. Ein intelligentes Parksystem mit Indoor-Positionierungstechnologien kann die Belegung der Parkplätze verfolgen und Fahrern helfen, Routen zum nächstgelegenen freien Parkplatz zu finden. Darüber hinaus können digitale Karten auf Basis von IPS erstellt werden, um die Navigation und den bequemen Zugang zu Fahrzeugen zu gewährleisten.
Wie unterscheiden sich IPS und GPS
Der Unterschied zwischen GPS und IPS kann oft verwirrend sein, da beide Systeme ähnliche Aufgaben erfüllen und ähnliche Abkürzungen haben. IPS kann als Weiterentwicklung und Erweiterung von GPS angesehen werden. Wie bereits erwähnt, liegt der größte Unterschied zwischen IPS und GPS im Anwendungsbereich. IPS ist speziell für Innenräume konzipiert, während IPS praktisch für den Außenbereich geeignet ist.
Aufgrund der großen Unterschiede zwischen Außen- und Innenräumen unterscheidet sich die Technologieanwendung von IPS und GPS grundlegend. Ein GPS-Empfänger muss Signale von drei oder mehr Satelliten empfangen, um einen Standort zu bestimmen und die Bewegung zu verfolgen, während IPS verschiedene Technologien für präzisere Messungen nutzt. Bemerkenswert ist, dass Indoor-GPS ein laufendes Forschungsgebiet ist und in Zukunft neue Optionen entstehen könnten.
Ist Indoor-Navigation dasselbe wie Indoor-Positionierung?
Indoor-Navigation und Indoor-Positionierung sind eigentlich zwei separate Anwendungen, die zusammen eine verbesserte Orientierung für Nutzer ermöglichen. Mit Indoor-Positionierung können Nutzer ihren Standort in einem Gebäude bestimmen, und die Indoor-Navigation schlägt ihnen einen Weg zum gewünschten Ziel vor. Vereinfacht ausgedrückt: Indoor-Positionierung oder Tracking zeichnet Daten passiv auf, während Indoor-Navigation den Nutzern aktiv einen Weg vorschlägt.
Indoor-Navigation kombiniert Indoor-Positionierungstechnologie mit Wegfindung und zeigt einen blauen Punkt auf einer Indoor-Karte an, der sich in Echtzeit mit dem Nutzer bewegt. Ohne Indoor-Navigationssystem wird zwar der aktuelle Standort angezeigt, es gibt jedoch keine Wegbeschreibung. Ohne Indoor-Positionierungssystem müssen Nutzer von Indoor-Karten die Start- und Zielkoordinaten auf der Karte auswählen. Mithilfe von Indoor-Positionierungssystemen lässt sich eine effektive interaktive Indoor-Navigation gestalten.
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MOKOSmart ist ein vertrauenswürdiger Partner für vielseitige IoT-Geräte. Unser Team bietet eine breite Palette zuverlässiger und effizienter Beacons und Gateways für Indoor-Positionierungssysteme. Egal, ob Ihr Ziel darin besteht, die Produktivität zu steigern, die Kundenbindung zu verbessern oder Risiken zu minimieren, wenn Sie Unklarheiten hinsichtlich der genauen Positionierungs- und Tracking-Technologie für Innenräume haben, Sie können Informationen zur Beratung an unser technisches Team senden.
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