Was ist IPS? – Eine Einführung in das Indoor Positioning System

Technologie ist die größte Errungenschaft außergewöhnlicher menschlicher Vorstellungskraft. Im Bereich der Ortungs- und Navigationstechnologie gilt dies insbesondere. GPS (Global Positioning System)Die präzise Positionsbestimmung im Freien mithilfe von Satellitensignalen war ein bedeutender Fortschritt im 20. Jahrhundert. IPS (Indoor-Positionierungssystem) Dies eröffnete völlig neue Möglichkeiten in Innenräumen, in denen GPS nicht zuverlässig funktioniert. In diesem Artikel stellen wir Ihnen Indoor-Positionierungssysteme vor und erläutern 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 wesentlich zur Verbesserung Ihres Indoor-Positionierungserlebnisses beitragen. Es wird geschätzt, dass etwa 90 % der Zeit verbringt ein Mensch in Innenräumen.Daher besteht weiterhin eine starke Nachfrage nach Technologien für Indoor-Ortungsdienste, was gleichzeitig ein großes Marktpotenzial für Anbieter von IPS-Technologien darstellt. IPS ist zwar im Alltag nicht unbedingt notwendig, aber unerlässlich beim Betreten unbekannter Umgebungen, insbesondere in Notfällen mit sehr schwachem GPS-Signal, wie beispielsweise bei Katastropheneinsätzen in Hochhäusern oder Bergwerken.

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 Beziehung zur Technologie grundlegend verändert. Seine Leistungsfähigkeit ist jedoch nur im Freien optimal und erfüllt nicht die Anforderungen anspruchsvoller Innenräume. Da die GPS-Technologie die Signale von Satelliten im Orbit nutzt, werden diese Signale durch Dächer und Wände stark beeinträchtigt, sobald die Satellitenwellen versuchen, diese zu durchdringen und in Gebäude einzudringen. Typischerweise erreicht GPS in einem offenen Bereich ohne angrenzende hohe Gebäude, die die Signale blockieren könnten, eine Genauigkeit von 5 bis 10 Metern.

Weit verbreitete Anwendung der präzisen Positionierung

Die weitverbreitete Anwendung präziser Positionsbestimmung hat die Nachfrage nach Indoor-Positionierungssystemen (IPS) verstärkt. Obwohl der Bedarf bereits bestand, gewinnen IPS-Systeme aufgrund ihrer Fähigkeit, die Serviceeffizienz deutlich zu steigern, in verschiedenen Branchen zunehmend an Bedeutung. Jenseits der Reichweite von GPS-Signalen werden IPS-Ortungsdienste von Branchen wie dem Einzelhandel, dem Gesundheitswesen und dem Militär sowie zur Bestandsverfolgung in Lagern eingesetzt. Derzeit existiert kein einheitlicher Standard für IPS-Systeme, und Branchenführer und Organisationen wie Google und die Bluetooth SIG konkurrieren aktiv um die Bereitstellung dieser Lösungen für ihre Kunden.

Wie Indoor-Positionierungssysteme funktionieren

Bevor wir uns mit IPS-Technologien befassen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie funktionieren. Ähnlich wie GPS mit seinem Sender-Empfänger-Prinzip arbeitet auch ein IPS nach demselben Prinzip. Mithilfe verschiedener Beacons und Tags ermittelt ein IPS den Standort eines Ziels, indem es Daten verarbeitet, die von verschiedenen Ankergeräten erfasst werden. Um Objekte innerhalb eines Gebäudes zu verfolgen, werden stationäre Anker eingesetzt, die die von den an Objekten oder Personen angebrachten mobilen Tags ausgesendeten Signale erfassen. Diese Anker fangen die Signale der Tags auf und leiten die Daten an einen zentralen Server weiter, der dann mithilfe spezieller Algorithmen die Echtzeitkoordinaten des Objekts berechnet.

Arten von Indoor-Positionierungstechnologien

Im Gegensatz zu satellitengestütztem GPS vereint IPS verschiedene Technologien wie Funk-, optische, akustische und magnetische Verfahren, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile mit sich bringen. Die unterschiedlichen IPS-Technologien und -Verfahren arbeiten zusammen, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Im Folgenden werden die gängigsten Indoor-Positionierungstechnologien vorgestellt.

Bluetooth/Bluetooth Low Energy

Bluetooth wurde ursprünglich für den Datenaustausch über kurze Distanzen entwickelt, ist heute aber weit verbreitet und ein Eckpfeiler von Indoor-Positionierungssystemen. Die Bluetooth-Positionierung lässt sich in Endgeräte- und Netzwerkpositionierung unterteilen. Die Endgerätepositionierung eignet sich für die Positionierung und Navigation in Einkaufszentren und öffentlichen Verkehrsknotenpunkten wie Flughäfen, während die Netzwerkpositionierung besser für die Positionsbestimmung und Verfolgung von Gütern und Personal in Lagerhallen geeignet ist. Für die Bluetooth-Positionierung müssen Beacons im Zielgebiet platziert werden. Die Entfernungen werden mittels Trilateration und RSSI-Wertänderungen geschätzt. Die Standardgenauigkeit der Bluetooth-Positionierung liegt üblicherweise bei etwa 3–5 Metern.

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 führte ein neues Bluetooth-Peilverfahren ein, insbesondere 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 wurde kürzlich Folgendes eingeführt: Bluetooth 6.0 Bluetooth Channel Sounding wurde für eine sichere und präzise Entfernungsmessung eingeführt. Es nutzt die Verfahren Phase-Based Ranging (PBR) und Round-Trip Time (RTT). Dies ist eine bedeutende Innovation in der Bluetooth-Entfernungsmessung. Theoretisch kann damit eine mit UWB vergleichbare Genauigkeit von bis zu 10–30 cm erreicht werden.

WLAN

Die Indoor-Positionierung per WLAN nutzt die bereits weit verbreitete Infrastruktur in kommerziellen und öffentlichen Umgebungen. Viele öffentliche Einrichtungen wie Einkaufszentren, Krankenhäuser und Restaurants bieten in der Regel flächendeckende WLAN-Zugangspunkte (APs). Gleichzeitig sind WLAN-Empfänger Standardkomponenten moderner Smartphones und Tablets. Dies schafft eine ideale Grundlage für den Einsatz von WLAN als Technologie für Indoor-Positionierungs- und Navigationslösungen.

Bei der Implementierung von WLAN-basierten Indoor-Positionierungssystemen werden die Koordinaten der Zugangspunkte im Voraus erfasst. Die Positionierungsmethode basiert primär auf der Messung der Signalstärkedämpfung oder der Erkennung von Mustern in der Signalverteilung, um die relative Position zwischen dem Endgerät des Nutzers und dem Zugangspunkt zu berechnen. Dies ermöglicht eine Indoor-Lokalisierung in Echtzeit ohne zusätzliche Hardware. Die Genauigkeit der WLAN-Positionierung 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.

Wie der obige Vergleich zeigt, hängt die Wahl des richtigen Echtzeit-Ortungssystems (RTLS) von Ihren spezifischen Anforderungen an zentimetergenaue Positionsbestimmung im Verhältnis zu den Implementierungskosten ab. Obwohl UWB-Positionierung deutlich präziser ist, ist Bluetooth die bevorzugte Lösung für kostengünstige Indoor-Navigation und Fußgängerverkehrsanalyse.

Gängige Anwendungsfälle für IPS

Der Begriff IPS ist weit gefasst und lässt sich in nahezu allen Branchen einsetzen, in denen die präzise Positionsbestimmung von Objekten – ob bewegt oder unbelebt – in Innenräumen entscheidend ist. Ob in Einkaufszentren, Freizeitparks, Verkehrsknotenpunkten, Krankenhäusern, Universitäten oder großen Bürogebäuden: IPS macht die Navigation in Innenräumen mit einer Smartphone-App zum Vergnügen. Im Folgenden stellen wir Ihnen einige gängige Anwendungsfälle von IPS vor.

Flughäfen und Bahnhöfe

In Verkehrsknotenpunkten wie Flughäfen, Bahnhöfen oder Busbahnhöfen ist ein Indoor-Positionierungssystem eine große Hilfe für die Optimierung des Fahrgastflusses. Reisende können sich mithilfe digitaler Karten im Bahnhof genau orientieren und einen weniger überfüllten Weg zu ihren Fahrzeugen finden. Verkehrsknotenpunkte können Indoor-Positionierungstechnologien auch einsetzen, um Reisenden präzisere standortbezogene Informationen bereitzustellen.

Beispiele aus der Praxis sind BLE-Beacon-Implementierungen wie die L01A in indischen U-Bahn-Stationen und M3 am Flughafen Gold Coast, AustralienSie bieten eine nahtlose Indoor-Navigation für Tausende von Pendlern und Reisenden täglich.

Industrie und Fertigung

Die Einführung von Indoor-Positionierungssystemen in Industrie und Fertigung hat in den letzten Jahren stark zugenommen, um die Arbeitssicherheit zu erhöhen, Kosten zu senken und Prozesszeiten zu verkürzen. Insbesondere in Großfabriken leisten Indoor-Positionierungssysteme einen wertvollen Beitrag zum Anlagenmanagement, zur Logistik und zur Notfallreaktion.

UWB und Bluetooth AoA haben sich aufgrund ihrer Fähigkeit, die für komplexe industrielle Umgebungen erforderliche hochpräzise Nachführung zu gewährleisten, zu den bevorzugten Standards in der Fertigung entwickelt.

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.

Eine interessante Bereitstellung von Beacon-basiertes Proximity-Marketing Ein Kunde nutzt MOKOs W6 Wristband Beacon, um Mitarbeiterdaten zu filtern und Besucher genau zu zählen, wodurch wertvolle Einblicke in den Besucherverkehr in der Einrichtung gewonnen werden.

Gesundheitswesen und Krankenhäuser

Krankenhäuser arbeiten seit Jahrzehnten an der Optimierung der internen Wegeführung. Ein Indoor-Positionierungssystem kann Besuchern die Orientierung erleichtern und so Stress und Verspätungen reduzieren. Auch Ärzte und andere Mitarbeiter profitieren davon, da sie mobile Geräte (wie Beatmungsgeräte oder Rollstühle) sofort finden, Patienten in einem bestimmten Umkreis lokalisieren und Verzögerungen in Notfällen vermeiden können.

Bluetooth-Beacon-Lösungen werden zunehmend unverzichtbar für Sicherheits- und Anlagenverfolgung im GesundheitswesenDas untenstehende Diagramm veranschaulicht, wie ein indisches Krankenhaus die medizinischen Armbänder W6 und W7 einsetzte, um den Aufenthaltsort von Patienten und die Bewegungen des Personals in Echtzeit zu überwachen. Weitere Informationen finden Sie hier. Anwendungen im Gesundheitswesen unserer IoT-Technologie.

Mehrstöckige Parkhäuser

Mehrstöckige Parkhäuser werden üblicherweise unter Einkaufszentren und großen Bürogebäuden errichtet, wo kein GPS-Empfang besteht. Ein intelligentes Parksystem mit Indoor-Positionierungstechnologie kann die Auslastung der Parkplätze erfassen und Fahrer direkt zum nächstgelegenen freien Platz leiten. Zusätzlich löst es die häufige Frage „Wo habe ich geparkt?“, da Nutzer mithilfe digitaler, auf IPS basierender Karten zu ihren Fahrzeugen zurückfinden können.

Wie unterscheiden sich IPS und GPS

Viele Menschen sind sich über den Unterschied zwischen GPS und IPS nicht im Klaren, da sie ähnliche Aufgaben erfüllen und ähnliche Abkürzungen haben. Tatsächlich kann IPS als Weiterentwicklung und Erweiterung von GPS betrachtet werden. Wie bereits erwähnt, liegt der größte Unterschied zwischen IPS und GPS im Anwendungsbereich. GPS ist präzise für Innenräume, während IPS speziell für den Einsatz im Freien konzipiert wurde.

Aufgrund der enormen Unterschiede zwischen Außen- und Innenräumen unterscheiden sich auch die Technologien von IPS und GPS grundlegend. Ein GPS-Empfänger muss Signale von mindestens drei Satelliten empfangen, um einen Standort zu bestimmen und Bewegungen zu verfolgen, während IPS verschiedene Technologien für präzisere Messungen nutzt. Bemerkenswert ist, dass die Indoor-GPS-Technologie ein aktives Forschungsgebiet ist und zukünftig neue Möglichkeiten entstehen könnten.

Ist Indoor-Navigation dasselbe wie Indoor-Positionierung?

Indoor-Navigation und Indoor-Positionierung sind zwei separate Anwendungen, die in Kombination ein optimiertes Navigationssystem für Nutzer bieten. Die Indoor-Positionierung ermöglicht es Nutzern, ihren Standort innerhalb eines Gebäudes genau zu bestimmen, während die Indoor-Navigation einen Weg zum gewünschten Ziel vorschlägt. Vereinfacht gesagt: Die Indoor-Positionierung bzw. -Ortung erfasst die Daten passiv, während die Indoor-Navigation 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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Häufig gestellte Fragen zur Indoor-Positionierung

1. Welche ist die präziseste Indoor-Positionierungstechnologie im Jahr 2026?

UWB bleibt der Goldstandard für höchste Präzisionsanforderungen mit zentimetergenauer Genauigkeit, gefolgt von Bluetooth AoA. Bluetooth 6.0 wird jedoch auch als starker Konkurrent bei Anwendungen mit feiner Reichweite erwartet.

2. Welche Technologie soll ich in meinem Lager auswählen: BLE oder UWB?

Es hängt von Ihren Anforderungen an die Anlagenortung ab. UWB ist vorzuziehen, wenn Sie kleine Werkzeuge mit hoher Präzision verfolgen müssen. Für allgemeine Logistik und Personenortung sind BLE-Beacon-Lösungen kostengünstiger und skalierbarer. LoRaWAN ist ebenfalls eine hervorragende Option für die Ortung über große Entfernungen in Industriegebieten.

3. Funktioniert IPS auch ohne aktive Internetverbindung?

Ja, viele IoT-basierte Positionierungslösungen können lokal funktionieren, indem sie direkt mit Gateways und intelligenten Geräten kommunizieren.