Что такое IPS? – Введение в систему позиционирования внутри помещений

Технология — величайшее достижение необычайного человеческого воображения. Что касается технологий определения местоположения и навигации, GPS (Global Positioning System)Технология, обеспечивающая точное определение местоположения на открытом воздухе на основе спутниковых сигналов, стала значительным шагом вперед в XX веке, в то время как IPS (Indoor Positioning System) Это открыло совершенно новый мир в помещениях, где GPS работает некорректно. В этой статье мы познакомим вас с системами позиционирования внутри помещений и рассмотрим различные доступные технологии.

Что такое ИПС?

Позиционирование внутри помещений, также известное как отслеживание местоположения внутри помещений, представляет собой сеть устройств, используемых для определения местоположения людей или объектов в замкнутом пространстве, где сигнал GPS недостаточно силён. Проще говоря, это можно назвать «GPS внутри помещений». Подобно тому, как GPS помогает людям определять местоположение объектов в любой точке Земли, IPS делает то же самое, но в больших закрытых помещениях, таких как вокзалы, торговые центры, больницы и подземные переходы. Система позиционирования внутри помещений позволяет точно определять местоположение объектов внутри здания, как правило, с помощью мобильного устройства, например смартфона или планшета.

Системы позиционирования внутри помещений (IPS) могут существенно улучшить качество определения местоположения внутри помещений. По оценкам, это составляет приблизительно... 90% времени человек проводит в помещении.Таким образом, сохраняется высокий спрос на технологии, предоставляющие услуги определения местоположения внутри помещений, что также открывает большие рыночные возможности для поставщиков технологий IPS. IPS может и не быть необходимостью в повседневной жизни, но она абсолютно необходима при работе в незнакомых условиях, особенно в чрезвычайных ситуациях, когда сигналы GPS очень слабые, например, при ликвидации последствий стихийных бедствий в многоэтажных зданиях, угольных шахтах и ​​т. д.

Почему необходимо позиционирование внутри помещения

Многие задаются вопросом, почему GPS нельзя использовать в помещении. Если у вас возникли те же вопросы, просто продолжайте читать и узнайте, почему системы позиционирования внутри помещений сейчас так популярны.

Неточность сигналов GPS при использовании в помещении

Успех GPS изменил наше отношение к технологиям. Однако его эффективность хорошо проявляется только на открытом воздухе и не соответствует требованиям сложных внутренних помещений. Поскольку технология GPS использует сигналы спутников на орбите, эти сигналы серьезно ослабляются крышами и стенами, как только спутниковые волны пытаются преодолеть препятствия и проникнуть в здания. Как правило, GPS может достичь точности 5-10 метров на открытой местности, где нет расположенных рядом высоких зданий, которые могли бы блокировать сигнал.

Широкое применение точного позиционирования

Широкое применение точного позиционирования усилило спрос на услуги систем позиционирования внутри помещений (IPS). Хотя потребность существовала и раньше, системы позиционирования внутри помещений приобретают все большее значение в различных секторах благодаря своей способности значительно повышать эффективность обслуживания. Помимо сигналов GPS, услуги определения местоположения IPS используются в таких отраслях, как розничная торговля, здравоохранение и военная сфера, а также для отслеживания запасов на складах. В настоящее время не существует универсального стандарта для системы IPS, и лидеры отрасли и организации, включая Google и Bluetooth SIG, активно конкурируют за предоставление этих решений клиентам.

Как работают системы позиционирования внутри помещений

Прежде чем углубиться в технологии IPS, важно понять, как они работают. Подобно принципу «передатчик-приемник» в GPS, IPS работает по тому же принципу. Используя различные маяки и метки, IPS определяет местоположение цели, обрабатывая данные, собранные с различных якорных устройств. Для отслеживания объектов внутри здания используются стационарные якорные устройства, которые обнаруживают сигналы, передаваемые мобильными метками, прикрепленными к объектам или людям. Эти якорные устройства улавливают сигналы от меток и передают данные на центральный сервер, который затем вычисляет координаты объекта в реальном времени с помощью специализированных алгоритмов.

Типы технологий позиционирования внутри помещений

В отличие от спутниковой GPS, система позиционирования внутри помещений (IPS) представляет собой сплав множества различных технологий, включая радиотехнологии, оптические, акустические и магнитные технологии, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения. Различные технологии и методы IPS работают в тесной интеграции для повышения точности. В следующей части будут рассмотрены наиболее распространенные технологии позиционирования внутри помещений.

Bluetooth/Bluetooth с низким энергопотреблением

Bluetooth изначально использовался для обмена данными на коротких расстояниях, но сейчас широко применяется и является краеугольным камнем систем позиционирования внутри помещений. Позиционирование по Bluetooth в основном включает позиционирование на стороне терминала и позиционирование на стороне сети. Позиционирование на стороне терминала подходит для позиционирования и навигации в торговых центрах и транспортных узлах, таких как аэропорты, в то время как позиционирование на стороне сети больше подходит для позиционирования и отслеживания объектов и персонала на складах. Позиционирование по Bluetooth требует размещения маяков в целевой зоне, использования трилатерации и изменений значений RSSI для оценки расстояний. Как правило, стандартная точность позиционирования по Bluetooth составляет около 3-5 метров.

Отличный пример — iBeacon от Apple. Он использует технологию BLE для передачи сигналов, которые могут обнаружить находящиеся поблизости умные устройства, чтобы активировать службы определения местоположения и позиционирования.

Стандарт Bluetooth 5.1 представил новый подход к определению направления по Bluetooth, а именно: Bluetooth AoA и AoDПозиционирование Bluetooth AoA — это новая технология позиционирования внутри помещений. Антенные решётки определяют направление сигналов от передающих узлов и вычисляют относительную ориентацию или угол между принимающим узлом (шлюзом) и передающим узлом (меткой). Благодаря этому точность позиционирования Bluetooth может достигать 1 метра.

В продолжение этой темы, недавний запуск Bluetooth 6.0 В этой технологии впервые применена технология Bluetooth Channel Sounding для безопасного и точного измерения расстояния. Она использует методы фазового измерения (Phase-Based Ranging, PBR) и измерения времени кругового пути (Round-Trip Time, RTT). Это крупное нововведение в измерении расстояния с помощью Bluetooth. Теоретически, это позволяет достичь уровня точности, сравнимого с UWB, с точностью до 10-30 см.

Wi-Fi

Технология позиционирования внутри помещений с использованием Wi-Fi задействует существующую инфраструктуру, уже широко распространенную в коммерческих и общественных местах. Многие общественные объекты, такие как торговые центры, больницы и рестораны, обычно предлагают повсеместно доступные точки доступа Wi-Fi. В то же время, Wi-Fi-приемники являются стандартными компонентами современных смартфонов и планшетов. Это обеспечивает готовую основу для использования Wi-Fi в качестве технологии для решений по позиционированию и навигации внутри помещений.

При внедрении систем позиционирования внутри помещений на основе Wi-Fi координаты точек доступа определяются заранее. Методология позиционирования в основном основана на измерении ослабления сигнала или выявлении закономерностей в распределении сигнала для расчета относительного положения между устройством конечного пользователя и точкой доступа. Это позволяет определять местоположение внутри помещений в режиме реального времени без необходимости использования дополнительного оборудования. Точность позиционирования по Wi-Fi обычно составляет от 5 до 15 метров.

UWB (сверхширокополосный)

Технология позиционирования UWB позволяет с высокой точностью определять местоположение объектов и людей в зданиях и стала одной из основных технологий позиционирования внутри помещений. Поскольку UWB-сигналы имеют полосу пропускания более 500 МГц с широким диапазоном частот от 3.1 до 10.6 ГГц, они могут передавать данные, отправляя и принимая чрезвычайно короткие импульсы на наносекундном или субнаносекундном уровне. UWB обычно использует TDoA для точного позиционирования внутри помещений. Она отличается высокой устойчивостью к многолучевым помехам и превосходной проникающей способностью. Поэтому её можно применять для позиционирования и отслеживания неподвижных и движущихся объектов, а также людей, обеспечивая точность до сантиметров.

Однако UWB-решения не могут быть развернуты так же просто, быстро и экономично, как решения на основе маяков Bluetooth. Для этого требуется установка полной системы со шлюзами, а каждый шлюз имеет ограниченную зону покрытия (обычно около 150 метров), что приводит к более высоким затратам. В некоторых случаях решения UWB и Bluetooth AoA могут обеспечить сопоставимую производительность позиционирования.

Как показывает приведенное выше сравнение, выбор подходящей системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) будет зависеть от ваших конкретных требований к точности на уровне сантиметров и стоимости развертывания. Хотя позиционирование по UWB намного точнее, Bluetooth является предпочтительным решением, когда речь идет о доступной навигации внутри помещений и анализе пешеходного потока.

Распространенные варианты использования IPS

Термин IPS (Integrated Surface Point) достаточно широк и может применяться практически во всех отраслях, где точное определение местоположения живых или неживых объектов в помещении имеет решающее значение. Будь то торговые центры, парки развлечений, транспортные узлы, больницы, университеты или даже крупные корпоративные офисы, IPS сделает определение местоположения и навигацию внутри помещений приятным занятием с помощью приложения на вашем смартфоне. Ниже мы выбрали несколько распространенных вариантов использования IPS.

Аэропорты и железнодорожные вокзалы

В транспортных узлах, будь то крупные аэропорты, железнодорожные вокзалы или автовокзалы, система позиционирования внутри помещений оказывает большую помощь в организации пассажиропотока. Путешественники могут точно определить свое местоположение на вокзале и найти менее людный путь к своим транспортным средствам с помощью цифровых карт помещений. Транспортные узлы также могут применять технологии позиционирования внутри помещений для предоставления пассажирам более точной информации о своем местоположении.

Примерами из реальной жизни являются развертывания BLE-маяков, например, такие: L01A на станциях индийского метро и трасса M3 в аэропорту Голд-Кост, Австралия.Они обеспечивают удобную навигацию внутри помещений для тысяч людей, ежедневно пользующихся общественным транспортом и путешествующих.

Промышленность и производство

Внедрение систем позиционирования внутри помещений в промышленном и производственном секторах в последние годы ускорилось с целью повышения безопасности труда, снижения затрат и экономии времени в производственных процессах. Особенно на крупных предприятиях система позиционирования внутри помещений значительно помогает в управлении активами, логистике и реагировании на чрезвычайные ситуации.

UWB и Bluetooth AoA Благодаря своей способности обеспечивать высокоточное отслеживание, необходимое в сложных промышленных условиях, они стали предпочтительными стандартами в производстве.

Торговые центры

IPS можно использовать не только для улучшения покупательского опыта потребителей, но и для маркетинговых кампаний, проводимых продавцами с учётом местоположения. Обычно такие торговые центры крупные и часто имеют сложную инфраструктуру. Благодаря общим ресурсам-путеводителям посетители могут тратить меньше времени на поиск нужных товаров и получать актуальную информацию о том, что им легко доступно в торговом центре.

Интересное применение маркетинг на основе маячков, основанный на близости В данном случае клиент использует браслет-маяк W6 от MOKO для фильтрации данных о сотрудниках и точного подсчета посетителей, что позволяет получить ценную информацию о потоке посетителей на объекте.

Здравоохранение и больницы

Больницы десятилетиями пытаются решить сложную задачу навигации внутри помещений. Система позиционирования внутри помещений может помочь посетителям легко ориентироваться, снижая стресс и количество опозданий. Кроме того, врачи и другой персонал также могут извлечь из этого большую пользу, поскольку это позволяет им мгновенно определять местоположение мобильного оборудования (например, аппаратов ИВЛ или инвалидных колясок), точно определять местонахождение пациентов в определенном радиусе и избегать задержек в экстренных случаях.

Решения на основе Bluetooth-сигналов приобретают все большее значение для безопасность в здравоохранении и отслеживание активовНа приведенной ниже диаграмме показано, как индийская больница внедрила медицинские браслеты W6 и W7 для отслеживания местоположения пациентов и перемещений персонала в режиме реального времени. Для более подробного ознакомления вы можете изучить дополнительную информацию. приложения, специально предназначенные для здравоохранения нашей технологии Интернета вещей.

Многоэтажные автостоянки

Многоэтажные парковки обычно строятся под торговыми центрами и крупными офисными зданиями, где отсутствуют сигналы GPS. Интеллектуальная система парковки, использующая технологии позиционирования внутри помещений, может отслеживать занятость парковок и направлять водителей непосредственно к ближайшему свободному месту. Кроме того, она решает распространенную проблему «где я припарковался?», поскольку пользователи могут вернуться к своим автомобилям, используя цифровые карты на основе IPS.

Чем отличаются IPS и GPS

Многие путаются в различиях между GPS и IPS, поскольку они выполняют схожие задачи и имеют похожие аббревиатуры. Фактически, IPS можно рассматривать как дальнейшее развитие и расширение GPS. Как мы уже упоминали, главное различие между IPS и GPS заключается в области применения. Один предназначен для точных измерений в помещениях, а другой — для использования на открытом воздухе.

Из-за огромной разницы между открытыми и закрытыми помещениями, применение технологий IPS и GPS совершенно различно. GPS-приемник должен улавливать сигналы от трех или более спутников, чтобы определить местоположение и отслеживать движение, в то время как IPS использует различные технологии для более точных измерений. Стоит отметить, что исследования в области GPS для помещений продолжаются, и в будущем могут появиться новые варианты.

Навигация внутри помещения – это то же самое, что и позиционирование внутри помещения?

Внутренняя навигация и внутреннее позиционирование — это, по сути, два отдельных приложения, которые в совокупности обеспечивают пользователям улучшенный опыт ориентирования. Внутреннее позиционирование позволяет пользователям точно определять свое местоположение внутри здания, а внутренняя навигация предлагает путь к желаемому месту назначения. Проще говоря, внутреннее позиционирование или отслеживание пассивно записывает данные, тогда как внутренняя навигация активно предлагает пользователям следовать по определенному пути.

Навигация внутри помещений сочетает в себе технологии позиционирования внутри помещений и навигационные системы, отображая синюю точку на карте помещения, которая перемещается вместе с пользователем в режиме реального времени. Без системы навигации внутри помещений ваше текущее местоположение будет отображаться, но указания маршрута не будут отображаться, а при отсутствии системы позиционирования внутри помещений пользователям карт помещений придётся выбирать начальные и конечные координаты на карте. Именно с помощью систем позиционирования внутри помещений можно создать эффективную интерактивную навигацию внутри помещений.

Изучите аппаратные решения MOKOSmart IPS.

MOKOSmart — надежный партнер в области универсальных IoT-устройств. Наша команда предлагает широкий ассортимент надежных и высокопроизводительных Bluetooth-маяков и шлюзов для систем позиционирования внутри помещений. Если ваша цель — повышение производительности труда, улучшение взаимодействия с клиентами или снижение рисков для безопасности, и у вас возникли вопросы по технологиям позиционирования и отслеживания внутри помещений, вы можете отправить запрос нашей технической команде для консультации.

Часто задаваемые вопросы о позиционировании внутри помещений

1. Какая технология позиционирования внутри помещений будет наиболее точной в 2026 году?

UWB остается золотым стандартом для высокоточных задач с точностью до сантиметра, затем идет Bluetooth AoA, но Bluetooth 6.0 также ожидается как сильный конкурент в приложениях с высокой точностью.

2. Какой из протоколов — BLE или UWB — мне выбрать на складе?

Это зависит от ваших требований к отслеживанию активов. UWB предпочтительнее, если вам необходимо отслеживать небольшие инструменты с высокой точностью. Для общей логистики и отслеживания персонала решения на основе BLE-маяков более экономичны и масштабируемы. LoRaWAN также является отличным вариантом для отслеживания на больших расстояниях в промышленном парке.

3. Может ли система предотвращения вторжений (IPS) работать без активного подключения к интернету?

Да, многие решения для позиционирования на основе Интернета вещей могут функционировать локально, напрямую взаимодействуя со шлюзами и интеллектуальными устройствами.