商店
寻找丢失的物品可能会破坏您的精益管理工作。这不仅浪费时间，还会降低生产力。例如，37% 的受访护士表示，她们曾在工作中花费一到六个小时寻找物品。从工程师到普通工厂工人，各行各业的专业人士都有同样的情况。有了 RTLS 系统技术，人们再也不用担心找不到物品了。实时位置跟踪系统领域瞬息万变，新的用例层出不穷。如果您是这个行业的新手，那么幸运的是，您来对地方了。继续阅读，了解更多关于实时位置跟踪系统的信息：
RTLS系统概述
实时追踪系统是一系列技术解决方案的组合，可自动实时追踪特定资产的位置。它通常通过在需要追踪的物品或资产上放置标签来工作。这样，管理人员就可以轻松找到物品的位置，无论是包裹、人员、大型机械还是设备。
一旦标记的资产移动，标签就会将位置数据发送到放置在特定位置的接收器。接收器接收到的数据足以确定标签以及被标记物品的位置。这些数据的数字版本存储在 RTLS 软件中。
当与合适的软件结合使用时，这些数据可以提供大量信息，包括交互式地图、热图、定位工具和仪表板。然而，每种解决方案的有效性取决于其软件提供的功能。
通过识别特定物品的具体位置，可以简化流程。这也使员工能够专注于更密集的任务，而不是花费宝贵的时间寻找资产。不同行业需要追踪的物品不同，因此每个行业所需的实时定位系统 (RTLS) 解决方案也各有不同。
RTLS的起源
RTLS 是三位专家的创意：PinPoint 的 Jay Web、WhereNet 的 Tim Harrington 和 AIM 的 Jay Werb。他们的目标是开发一种技术，将有源 RFID 标签的自动识别功能与在计算机屏幕上显示信息的功能结合起来。
他们在ID EXPO展会上提出了这个概念，WhereNet和PinPoint在展会上展示了基于商业的实时定位系统（RTLS）的实际应用案例。起初，RTLS技术对于普通企业来说过于昂贵，主要采用者是政府机构和军队。
1990世纪XNUMX年代初，这项技术逐渐渗透到商业终端用户，美国三家医疗机构安装了首个商用RTLS实时定位系统。此后，新技术不断涌现，使得RTLS应用于无源标签成为可能。
RTLS定位概念
与 GPS 不同，RTLS 无法提供全球覆盖。它通常用于室内或有限的目标区域。其标签附着在需要追踪的移动物体上，并以发射器或接收器作为参考点。发射器和接收器通常分布在整个目标区域内。在大多数情况下，拥有更多 RTLS 参考点意味着您的系统将在其技术极限范围内提供更高的定位精度。RTLS 系统有两个主要系统设计要素：
- 位于交通要道
最简单的阻塞点定位技术依赖于移动标签发出的短距离ID信号，该信号通过单个固定读取器被传感网络接收，从而指示物品相对于标签和读取器的位置。或者，移动标签也可以接收阻塞点标识符，然后将其转发到位置处理器，这通常需要借助第二个无线信道。
定位系统的精度通常取决于接收器或阻塞点发射器的球形覆盖范围。使用定向技术或天线（例如通常被房间隔断阻挡的超声波和红外线），可以轻松支持各种几何形状的阻塞点。
- 定位相对坐标
在这种情况下，标签的ID信号将被传感网络中的多个读取器接收。然后，该网络借助多边定位、三边测量或三角测量等定位算法来估算标签的位置。
或者，标签可以接收多个 RTLS 参考点的 ID 信号，然后将其转发到位置处理器。为了尽可能精确地定位物品或资产，需要知道传感网络内参考点之间的距离。最后一种计算相对位置的方法是，移动物品上的标签之间直接相互通信，然后再将数据转发到位置处理器。
- 定位精度
射频三角测量利用每个射频信号到达多个接收器的角度来估算标签的位置。而射频三边测量则通过估算不同接收器的距离来定位标签。由于存在多种障碍物（例如墙壁和家具）可能会影响估算距离，因此基于估算的定位通常根据特定距离的精度进行评级。例如，一个系统在十米范围内的精度可达 90%。
RTLS 组件
不同 RTLS 平台的应用和技术标准会有所不同，但所有平台都共享相同的基本软件和硬件组件：
- 发射器：根据所使用的外形尺寸，发射器可以称为徽章、应答器或标签。它们附着在资产或个人身上，并通过无线信号将位置和身份数据发送到接收器。
- 接收器：这些接收器位于设施内的不同区域，用于接收标记资产转发的信号以识别其位置。根据其运行的无线标准，接收器可以通过两种方式确定位置：通过三边测量（一种数学过程）或估算标签与接收器的距离。位置计算取决于标签信号到达多个接收器所需的时间。
- 管理门户：接收器接收到数据后，会将其发送到中央管理系统。通过该门户，连接的计算机系统和人工操作员可以跟踪和分析位置数据。
虽然不同的追踪系统提供的功能各不相同，但每种 RTLS 解决方案都必然会提供长期记录和实时追踪功能。它们可能还具备其他功能，例如配置地理围栏。地理围栏旨在充当虚拟边界，当标记的物品或人员越过该边界时，其支持的 RTLS 接收器会发出警报。
RTLS 硬件
RTLS 硬件需要与跟踪设备通信才能使 RTLS 解决方案正常工作。与跟踪器保持持续通信的设备称为锚点，它们需要策略性地放置在目标位置的不同位置，例如建筑物内。
特定位置所需的锚点数量取决于所用追踪器的类型。如果您使用的是有源 RFID，则需要使用较少的锚点来覆盖较大的空间。另一方面，如果您使用的是 BLE 和无源 RFID，则需要安装更多锚点。
RTLS 的隐私和安全问题
RTLS 解决方案很容易引发隐私和安全问题。它们允许管理人员追踪员工位置，这本身就可能被视为侵犯隐私。它们不仅允许人们追踪实时位置数据，还能从历史位置数据中获取洞见。正因如此，最近出台了众多旨在提升隐私和安全的法规，例如《通用数据保护条例》（GDPR）。
例如，这些法规限制了组织可以存储的个人数据类型及其使用方式。虽然这些法规在组织环境中的效果可能有限，但它们是一个良好的开端。此外，与其他内部隐私法规相结合，它们可以提供足够的覆盖范围。
RTLS 解决方案为任何组织的 IT 生态系统增加了新的切入点，因此关注其安全态势至关重要。组织既应该从拥有良好网络安全记录的 RTLS 供应商处购买解决方案，也应该实施自己的内部安全策略，以防范数据泄露威胁。
RTLS 技术的类型
- 全球导航卫星系统/全球定位系统
全球导航卫星系统 (GNSS) 借助卫星系统在全球范围内提供广域覆盖，使其成为户外追踪的理想选择。使用 GNSS 进行位置追踪和监控需要将卫星与具有蓝牙、Wi-Fi 或蜂窝连接的 GNSS 标签相结合。GNS 智能设备或标签将从多颗轨道卫星接收有关其位置和时间的数据。然后，它会使用这些数据识别移动设备的位置，并将数据发送到云数据库或主机。
- 蓝牙低能耗
蓝牙是一项标准技术，因此它成为实现 RTLS 的最佳技术之一。您主要需要设置 蓝牙 RTLS 标签或信标 在感兴趣的区域，它们会向智能设备上的接收器或其他BLE RTLS信标和标签广播信息。然后，接收器将数据中继到网关，网关再将数据发送到云数据库或主机。
- 红外辐射
基于红外线的实时定位系统 (RTLS) 非常适合需要高房间级精度和低部署成本的应用。由于红外线无法穿透墙壁，该技术只能在狭小的房间内使用，但将其与蓝牙和 Wi-Fi 结合使用可以克服这些限制。安装在特定位置的红外接收器将接收每个标签的信号，然后通过 Wi-Fi 或 LAN 将其转发到主机的云端/联网数据库。
- 有源和无源RFID
RFID 技术有两种类型：有源 RFID 和无源 RFID。后者没有内部电源，依靠 RFID 读取器发出的电磁波供电。前者拥有自己的电源，可以持续发射信号。两种系统均可用于位置跟踪，其中有源 RFID 非常适合实时资产位置跟踪，而无源 RFID 则非常适合门禁控制和库存控制。
- 超声波辐射
由于超声波无法穿透墙壁（类似于红外辐射），这项技术非常适合房间级定位。然而，它与红外辐射的不同之处在于，它利用声音来定位资产。接收器配备麦克风，可在调谐到超声波频段时拾取声音。
- 超宽带
RTLS UWB 设备通常会向环境中发射射频能量，以便接收器接收。为了提高大面积区域的定位精度，必须将多个接收器彼此靠近放置，并在它们之间放置子接收器。这是因为标签信号较短，这使得该方案非常适合精确的区域级和房间级位置追踪。
- 愿景
这些系统利用摄像头和实时/现场图像来监控人员和资产。高端摄像头可以配备蓝牙或Wi-Fi等附加技术，使系统能够与联网/云数据库或主机共享图像和时间戳数据。实时定位系统解决方案的质量在很大程度上取决于照明、摄像头质量和可见性。
这种 RTLS 解决方案之所以理想，是因为最终用户可以轻松利用现有的 Wi-Fi 接入点，而无需额外硬件成本。智能设备或 Wi-Fi RTLS 标签使用其内置的 Wi-Fi 无线电将信号中继到区域内的 Wi-Fi 接入点。该系统使用多个定位指示器来枚举与 Wi-Fi 接入点的距离。
理想的 RTLS 类型取决于您的预期用途。具体包括：
- 基于精度的 RTLS
这种实时定位系统 (RTLS) 基于 Wi-Fi 或超宽带技术，可以帮助您识别物品的精确位置。它非常适合库存管理等需要精确到厘米级定位的任务。缺点是这些解决方案通常成本高昂，并且需要大量基础设施才能达到这种精度。
- 基于近距离的 RTLS
该系统的精确度不如基于精密定位系统的 RTLS，但可以提供几英尺以内的定位数据。它非常适合无需确定资产精确位置的情况。例如，在医院寻找 X 光机时，您只需要知道它所在的房间，而无需知道确切位置。这些解决方案通常成本更低，并且需要的优化基础设施也更少。
RTLS 系统精度的关键因素
范围和角度
用于位置追踪的测距和/或角度测量方法取决于您使用的物理技术。有时，您可能需要合并多种测距和角度测量方法。最常见的测距和/或角度测量方法包括：
- 到达角和离开角——通过测量各个元素（信号）到达和离开的时间差来计算
- 视线——通过测量发射器和接收器之间的距离计算得出
- 到达时间——通过估算信号从发射机到达远程接收机所需的时间来计算
- 飞行时间——通过测量信号穿过特定介质所需的时间来计算。
- 多点定位——根据发射器信号到达时间以及波形细节和速度来测量资产的位置。
- 对称双面双向测距——使用信号传输中的两个延迟来计算接收器和发射器之间的范围。
- 近场电磁测距——使用近距离发射器和接收器来确定资产的位置。
错误和准确性
虽然 RTLS 解决方案在资产和人员定位追踪方面表现出色，但它们也存在一些误差。其中一些误差与定位系统的物理特性有关，而且很难通过技术改进来改进。了解每个系统的局限性，对于找到理想的解决方案至关重要：
- 无或无直接回应
大多数 RTLS 系统需要清晰直接的视线可见性，以便识别被跟踪的资产。如果固定节点和移动 RTLS 标签之间可见性不足，定位引擎将无法显示任何结果。例如，卫星定位系统需要资产和卫星之间有视线。解决可见性问题的最佳方法之一是实施指纹识别，这可能需要使用饱和度较高的发射器。
- 位置积压
由于资产位置可能会不断变化，解决方案在提供新位置时的任何延迟都可能导致错误的位置信息。如果某个解决方案无法根据项目需求快速提供位置更新，那么它可能并非理想的解决方案。
- 位置抖动
结果的稳定性可能会受到不同来源的噪声的不规则影响。另一方面，试图提供稳定的外观会增加延迟，这与实时性要求相矛盾。
- 位置跳转
由于含质量物体的跳跃能力有限，这些效应大多超出了物理现实。如果跳跃位置无法与物体本身识别，则问题可能在于位置引擎建模不当。这种效应可能是由于不同次级响应的主导性发生变化造成的。
- 位置蔓延
偏差的次级路径反射可能导致物体被报告为移动。这种效应表明首次回波的鉴别力不足，可能是简单的平均造成的。
RTLS系统标准
国际电工委员会 (IEC) 和国际标准化组织 (ISO) 携手合作，为实时定位系统 (RTLS) 行业引入了一些标准化规范。这确保了全球实时定位系统 (RTLS) 解决方案之间具有一定的兼容性，同时确保了质量水平的统一。ISO/IEC 24730 系列列出了标准化的所有细节。以下是一些已发布的标准：
- ISO/IEC 19762-5:2008：用于提供数据采集技术和自动识别定位系统特有的定义和术语
- ISO/IEC 24730-1:2014：标准化软件应用程序如何利用 RTLS 借助附加的 RTLS 发射器定位资产。
- ISO/IEC 24730-2:2012：定义用于资产管理的 RTLS 单一 API，以促进 RTLS 市场中的产品互操作性。
- ISO/IEC 24730-5:2010：定义使用频率范围在 2.4GHz 至 2.483 GHz 之间的线性调频扩频 (CSS) 的 API 和空中接口协议。
- ISO/IEC 24730-21:2012：为采用 BPSK 扩频方案和 DBPSK 数据编码并使用单个扩频码运行的 RTLS 发射器定义了兼容 RTLS 发射器的物理层。
- ISO/IEC 24730-22:2012：用于定义旨在提供数据遥测和 XY 坐标的网络定位系统。
- ISO/IEC 24730-61:2013：用于定义支持RTLS单向单工通信标签和读取器的UWB RTLS空中接口协议的标签管理层和物理层。
- ISO/IEC 24730-62:2013：用于定义利用物理层UWB信令机制的实时定位系统空中接口。
这些标准并非旨在规定测量位置或计算位置数据的特殊方法。用于此类任务的方法包括三角测量、三边测量或用于地面区域球面模型或平面模型的常见混合三角计算方法。这些标准仅旨在提高全球 RTLS 解决方案之间的互操作性。
RTLS 的局限性和挑战
尽管 RTLS 系统的采用率不断提高，但仍存在一些挑战阻碍其发展。
- 缺乏意识
错误信息和缺乏认知一直阻碍着实时定位系统 (RTLS) 行业的发展。在实时定位系统 (RTLS) 可能受益的地区，一些用户仍然依赖无源 RFID 和条形码。认知度最低的地区包括世界其他地区和亚太地区等发展中地区。
另一方面，虽然一些组织可能会部署实时定位系统 (RTLS)，但他们缺乏充分优化这些解决方案的专业知识。实时定位系统通常需要经验丰富的技术人员来处理空间数据并解决任何可能出现的问题。这一障碍的降低是亚太地区国家正在缓慢采用该技术的原因。
制造商和服务提供商肩负着最大的责任——确保公众获得足够的信息，了解这些解决方案的有效性。他们可以通过贸易展览、研讨会或一些有效的营销策略来传播知识。
- 高昂的安装成本
虽然不同行业的实时定位系统 (RTLS) 安装成本各不相同，但总体来说成本较高，且价格合理，尤其是在特定支持技术的支持下。例如，安装基于 Wi-Fi 的实时定位系统比安装基于 Arduino 和 UWB 的 RTLS 系统成本更低，但硬件成本则相反。另一方面，维护基于 BLE 和 UWB 的解决方案比维护基于 Wi-Fi 和 RFID 的解决方案成本更低。
安装 RTLS 解决方案并不像从服务提供商那里发货那么简单。相反，它需要进行定制，以确保其符合您的特定需求和环境。这些解决方案价格高昂的部分原因是电力、布线、基础设施、软件和硬件的价格通常较高。好消息是，硬件价格一直在下降，这为推广应用铺平了道路。
RTLS 市场的未来和支持统计数据
1.7年全球实时定位系统（RTLS）市场规模为2017亿美元，预计到13年将达到2026亿美元，复合年增长率为25%。通过自动化资产追踪技术，了解资源和资产的具体位置，可以帮助企业更好地利用资源，同时优化工作流程。RTLS解决方案的日益普及是该市场预计实现如此高复合年增长率的原因之一。随着技术的不断进步和硬件价格的不断下降，RTLS的普及率有望持续增长。例如，蓝牙5的推出将极大地改善该行业。
硬件组件是实时定位系统 (RTLS) 解决方案中最重要的组成部分之一。然而，传感器、发射器和标签的成本高昂，这使得该领域成为市场中收入最高的领域。事实上，它为制造商带来的收入甚至超过了服务和软件。预计硬件价格将在 2017 年至 2026 年（预测期）期间下降。虽然这会降低销售额，但最终会导致销量增长。
Wi-Fi 一直占据主导地位 全球实时定位系统 (RTLS) 市场中，RTLS RFID 技术紧随其后。推动其广泛应用的因素有很多，包括易于部署、成本低廉以及 Wi-Fi RTLS 带宽的提升。另一方面，RFID 在帮助用户提高运营效率和效益方面一直处于领先地位。随着 RFID RTLS 成本预计下降，预计在预测期内全球对该技术的需求可能会增加。
医疗保健行业在使用实时定位系统 (RTLS) 解决方案的行业中继续占据主导地位，预计在预测期内仍将保持主导地位。该行业作为 RTLS 解决方案的早期采用者，巩固了其地位。该解决方案在行业内应用广泛，包括追踪人员和患者、监测手部卫生合规性、监控资产以及监测环境。由于许多医疗机构在更换丢失物品方面损失惨重，因此该行业迫切需要 RTLS 解决方案。随着医疗物联网 (IoMT) 的日益普及和发展，医疗保健行业必将保持其 RTLS 解决方案主导地位。
目前，北美占据全球实时定位系统 (RTLS) 市场的主导地位。医疗保健行业对实时定位系统解决方案的应用日益增多，加之政府的举措和支持，推动了该地区实时定位系统解决方案的普及。然而，预计亚太地区的采用率最高，因为该地区 复合年增长率预计达到27%。
亚太地区已在制造业、医疗保健和零售业等领域积极采用实时定位系统 (RTLS) 技术。日本作为该地区的早期采用者处于领先地位，中国、朝鲜和澳大利亚等国家紧随其后。
为什么越来越多的行业采用 RTLS 技术
- 资产追踪需求的增加
国防、医疗保健和制造业等垂直行业对资产追踪的需求日益增长。大多数情况下，被追踪的资产包括医疗设备、工具、拖车和集装箱。随着大多数全球超级经济体增加军费开支，预计会有更多国家投资于实时定位服务。
- 智能手机的普及
全球智能手机的普及是实时定位系统 (RTLS) 普及的主要驱动力。许多应用程序都依赖于实时定位信息。一些典型的例子包括商务和通讯应用程序、健康和保健应用程序、游戏应用程序以及个人便利应用程序。例如，智能手机要用于事件响应和应急管理，就必须依赖实时定位系统，这对于识别和追踪人员的具体位置非常有用。
- 融合支持技术的关键 RTLS 公司
与以往供应商提供封闭式解决方案不同，如今的贷款机构将组件和技术相结合，以改进实时定位系统 (RTLS) 解决方案所能提供的服务。例如，低功耗蓝牙 (BLE) 供应商与超宽带 (UWB) 供应商之间建立了良好的合作关系，从而提升了设备的功能。就低功耗蓝牙 (BLE) 信标供应商而言，大多数供应商都在尝试扩展其设备的固件功能，以改进其硬件设备。这些供应商致力于提高每台 RTLS 设备的精度，从而直接扩大了该技术的应用领域，提高了采用率。
如何开始使用 RTLS 系统
在实施 RTLS 解决方案时，您需要考虑和学习很多内容。例如，您应该首先确定要解决的问题。您还应该确定最能解决问题的技术配置。其他需要考虑的重要因素包括：
- 项目规模
- 您希望在哪种实时定位系统仓库环境中运行 RTLS
- 您想要的定位精度
- 您要定位的资产的材料、尺寸和形状
- RTLS 解决方案所需的更新频率
- 轻松访问 RTLS 系统生成的数据
虽然有些问题可以通过头脑风暴会议轻松解决，但其他问题则需要咨询专家或现场测试解决方案。无论如何，进行 RTLS 试点至关重要。将系统短时间引入您的设施将有助于您评估系统的实际应用情况，以及它与您的特定需求的兼容性。它还可以帮助您发现一些您之前未意识到需要解决的问题。
计算 RTLS 的成本
虽然实时定位系统 (RTLS) 解决方案旨在为任何应用领域节省资金，但实施它需要合适的资源和基础设施。在初期，找到理想的解决方案和集成合作伙伴并非易事。您需要首先确定系统的目标。这需要您评估其性能、制定投资预算并安排不同的预约。一般而言，相关费用包括：
- 硬件成本
- 安装成本
- 软件许可成本
- 培训和入职费用
- 系统支持和持续维护
- 数据集成和定制开发成本
最难立即确定的因素之一是投资回报率 (ROI)，而它是规划的重要组成部分。粗略估算投资回报率可以帮助您做出正确的决策，并解答许多疑问。现代实时定位系统 (RTLS) 供应商的优势在于，他们总是设法以具有竞争力的价格提供产品。
例如，一些供应商会将基本成本预付，同时将维护和运营成本保持在可承受的范围内。另一些供应商则会通过价格合理的长期维护来补贴安装或硬件成本。确定总拥有成本并不总是那么容易，但一旦确定了每个成本因素并验证了系统性能是否符合预期用途，您就可以确定总拥有成本。
实施 RTLS 时需要考虑的事项
不同类型的 RTLS 解决方案各有不同，每种解决方案的功能略有不同。您应该考虑以下解决方案：
- 位置精度：您希望定位系统达到多高的精度？如果您对厘米级的精度不感兴趣，可以选择基于邻近度的系统。对于需要精确位置数据的情况，基于精度的系统将是理想之选。
- 更新速度：您的系统需要在需要时立即提供必要的信息。评估您希望的数据访问速度，并选择符合您需求的解决方案。例如，设备跟踪实时定位系统 (RTLS) 解决方案需要持续广播其位置。
- 可扩展性：无论是现在还是将来，实施 RTLS 都不应导致服务中断。新的 RTLS 解决方案与现有企业系统的集成也应轻松便捷。如果您需要投资额外的基础设施，则应尽可能降低投资成本。由于某些解决方案价格昂贵，需要购买额外的基础设施，因此您至少应该确保投资具有前瞻性，以避免将来需要额外购买。
- 集成能力：将新的 RTLS 系统与现有基础设施集成有多容易？跨部门兼容性将使您的 RTLS 解决方案能够在整个组织内使用。即使存在兼容性问题，修复这些问题也不会花费太多成本。
- 可靠性：标签应配备可靠的电池，并保持稳定的操作性。理想的解决方案是，设备和标签能够主动发送电池寿命即将下降的通知，以确保持续的数据传输。
结语
支持技术的开发，如 蓝牙5 对实时定位系统 (RTLS) 行业来说，这无疑是利好消息。它能够帮助企业找到新的应用领域。得益于这些进步，RTLS 系统有望在未来几年获得大规模应用。
继续阅读有关 RTLS 的信息
