寻找丢失的东西会使您的精益管理工作脱轨. 不仅浪费时间，而且影响生产力. 案例, 37% 护士 回应了一项声称花费一到六个小时在工作中寻找物品的调查. 同样的故事情节适用于各种专业人士, 从工程师到普通工厂工人. 采用RTLS系统技术, 没有人再担心寻找他们的物品了. 实时位置跟踪系统的世界在不断变化, 新用例经常出现. 算你走运, 如果您是这个行业的新手，那么您来对地方了. 继续阅读以了解有关实时位置跟踪系统的更多信息:
RTLS系统概述
实时跟踪系统是技术解决方案的组合，可帮助自动跟踪特定资产的位置, 全部实时. 它通常通过在需要跟踪的项目或资产上放置标签来工作. 这条路, 经理可以很容易地知道在哪里可以找到东西, 是否是包裹, 人们, 大型机械, 或设备.
一旦标记资产移动, 标签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提供了足够的关于标签位置的数据以及被标记的物品. 该数据的数字版本存储在 RTLS 软件中.
与正确的软件结合使用时, 这个数据可以提供很多信息, 包括交互式地图, 热图, 定位工具, 和仪表板. 然而, 每个解决方案的有效性将取决于其软件提供的功能.
通过识别特定物品的特定位置, 流程可以简化. 这也让员工可以专注于更密集的任务，而不是花费宝贵的时间寻找资产. 不同的行业将需要跟踪不同的项目, 每个行业的 RTLS 解决方案都各不相同.
RTLS 的由来
RTLS 是三个人的心血结晶; 来自 PinPoint 的 Jay Web, 蒂姆·哈灵顿来自 WhereNet, 和来自 AIM 的 Jay Werb. 他们的目标是创造一种技术，将有源 RFID 标签的自动识别能力和在计算机屏幕上显示信息的能力结合起来。.
他们在 ID EXPO 贸易展上创造了这个概念, WhereNet 和 PinPoint 展示了基于商业的 RTLS 系统的真实示例. 首先, RTLS 技术对于普通企业来说过于昂贵而无法使用, 政府机构和军队是主要采用者.
直到 1990 年代初，这项技术才逐渐渗透到商业最终用户中, 在美国的三个医疗机构安装了第一个商业 RTLS 实时定位系统. 自那时候起, 新技术不断涌现, 使 RTLS 应用于无源标签应用成为可能.
RTLS定位概念
与 GPS 不同, RTLS 不提供全球覆盖. 而是在室内或有限的感兴趣区域内使用. 它的标签附加到需要跟踪的移动项目上, 将发射器或接收器用作参考点. 发射器和接收器通常分布在整个感兴趣的区域. 在大多数情况下, 拥有更多 RTLS 参考点意味着您的系统将提供更好的定位精度，直至达到其技术限制点. RTLS 系统有两个主要的系统设计元素:
- 位于阻塞点
以其最简单的形式, 阻塞点定位依赖于传感器网络通过单个固定阅读器接收来自移动标签的短距离 ID 信号, 这有助于指示物品相对于标签和阅读器的位置. 或者, 移动标签可以在中继到位置处理器之前接收阻塞点标识符, 通常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范围. 使用定向技术或天线, 像通常被房间隔断阻挡的超声波和红外线, 可以轻松地为各种几何形状的阻塞点提供支持.
- 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许多阅读器接收. 然后网络在多边主义等定位算法的帮助下估计标签的位置, 三边测量, 或三角测量.
或者, 标签可以接收多个 RTLS 参考点的 ID 信号，然后将它们中继到位置处理器. 需要知道传感网络内参考点之间的距离，以便尽可能精确地定位物品或资产. 计算相对位置的最后一种方法是在将数据中继到位置处理器之前，移动物品上的标签直接相互通信.
- 定位精度
射频三角测量通过使用每个射频信号到达多个接收器的角度来估计标签的位置. 另一方面, 射频三边测量通过估计不同接收器的范围来定位标签. 由于有多个障碍物可能会扭曲估计的范围, 比如墙壁和家具, 基于估计的定位通常根据特定范围内的精度进行评级. 例如, 一个系统可以说是给予 90% 十米范围内的精度.
实时定位系统组件
应用和技术标准将因 RTLS 平台而异, 但所有平台共享相同的基本软件和硬件组件:
- 发射机: 取决于所使用的外形尺寸, 发射器可以称为徽章, 转发器, 或标签. 它们连接到资产或个人，从那里通过无线信号向接收器发送位置和识别数据.
- 接收器: 它们位于设施内的不同区域，旨在接收标记资产转发的信号以识别其位置. 取决于它们运行的无线标准类型, 他们可以通过两种方式确定位置; 通过三边测量 (数学过程) 或通过估计标签与接收器的接近程度. 位置计算取决于标签信号到达多个接收器所用的时间.
- 管理门户: 一旦他们收到数据, 接收者然后将其发送到中央管理系统. 从这个门户, 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.
虽然不同的跟踪系统将提供不同的功能, 每个 RTLS 解决方案都必然会提供更长期的日志记录和实时跟踪. 他们可以有其他能力, 例如配置地理围栏. 地理围栏旨在充当虚拟边界，其支持的 RTLS 接收器将在标记的项目或人员越过边界时发出警报.
实时定位系统硬件
RTLS 硬件需要与跟踪设备通信才能使 RTLS 解决方案正常工作. 将与跟踪器持续通信的设备称为锚点, 并且它们需要战略性地放置在感兴趣位置的不同部分, 比如建筑物.
在特定位置使用的锚点数量取决于使用的跟踪器类型. 如果您使用的是有源 RFID, 您将需要使用更少的锚来覆盖大空间. 另一方面, 如果您使用 BLE 和无源 RFID，则需要安装更多锚点.
实时TLS’ 隐私和安全问题
RTLS 解决方案很容易导致隐私和安全问题. 他们允许经理跟踪员工位置的事实可能被视为侵犯隐私. 它们使人们不仅可以跟踪实时位置数据，还可以从历史位置数据中获取见解. 这就是为什么最近制定了许多法规的原因, 就像 GDPR, 旨在提高隐私和安全性.
例如, 这些法规限制了组织可以存储的有关某人的数据类型, 以及他们如何使用它. 虽然这些法规的影响可能在组织环境中受到限制, 他们是一个很好的起点. 除了, 当与其他内部隐私法规相结合时，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 生态系统添加了另一个入口，这一事实使得关注其安全状况变得至关重要. 组织应从具有强大网络安全记录的 RTLS 供应商处购买解决方案，并实施自己的内部安全策略，以免受数据泄露威胁.
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 (全球导航卫星系统) 借助卫星系统在全球范围内提供广域覆盖, 使其成为户外跟踪的理想选择. 使用 GNSS 进行位置跟踪和监控需要将卫星与具有蓝牙功能的 GNSS 标签相结合, 无线上网, 或蜂窝连接. GNS 智能设备或标签将从多个轨道卫星接收有关其位置和时间的数据. 然后使用这些数据来识别移动设备的位置，然后再将数据发送到云数据库或主机.
- 低功耗蓝牙
蓝牙是一种标准技术，这一事实使其成为用于 RTLS 实现的最佳技术之一. 您主要需要设置 蓝牙 RTLS 标签或信标 在感兴趣的领域, 他们将向智能设备或其他 BLE RTLS 信标和标签上的接收器广播信息. 然后接收器将数据中继到网关，网关将其发送到云数据库或主机.
- 红外辐射
基于红外的 RTLS 非常适合需要高房间级精度和低部署成本的情况. 由于红外线无法穿过墙壁, 该技术只能在小房间内使用, 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/网络数据库.
- 有源和无源 RFID
有两种类型的RFID技术, 有源和无源 RFID. 后者没有内部电源, 它依靠来自 RFID 阅读器的电磁波为其供电. 前者有自己的电源，可以不断地广播信号. 两种系统均可用于位置跟踪, 有源 RFID 是实时资产位置跟踪的理想选择，而后者则是访问控制和库存控制的理想选择.
- 超声波辐射
由于超声波不能穿过墙壁，因此该技术非常适合房间级定位, 类似于红外线. 然而, 它与红外辐射的不同之处在于它使用声音来定位资产. 接收器具有麦克风，可在调谐到超声频段时拾取声音.
- 超宽带
RTLS UWB 设备通常将射频能量发送到环境中，目的是让接收器接收到它们. 为了提高大面积精度, 许多接收器必须彼此靠近放置, 子接收器放置在它们之间. 这是因为标签’ 信号很短, 使此选项非常适合精确的区域级和房间级位置跟踪.
- 想象
这些系统利用摄像头和实时/实时图像来监控人员和资产. 高端相机可以配备蓝牙或 Wi-Fi 等附加技术，以允许系统与网络/云数据库或主机共享图像和时间戳数据. RTLS 解决方案的质量在很大程度上取决于照明, 相机质量, 和可见性.
使这种类型的 RTLS 解决方案理想的原因在于，最终用户可以轻松利用预先存在的 Wi-Fi 接入点，而不会产生额外的硬件成本. 智能设备或 Wi-Fi RTLS 标签使用其内部 Wi-Fi 无线电将信号中继到区域内的 Wi-Fi 接入点. 系统使用多个定位指示器来枚举与 Wi-Fi 接入点的距离.
要使用的理想 RTLS 取决于您的预期目的. 这些包括:
- 基于精度的 RTLS
基于Wi-Fi或超宽带技术, 这种类型的 RTLS 可以帮助您确定物品的确切位置. 它非常适用于需要识别物品位置到厘米级别的库存管理等任务. 缺点是这些解决方案往往非常昂贵，并且需要许多基础设施来驱动这种精度水平.
- 基于邻近的 RTLS
该系统不如基于精度的 RTLS 准确, 但它可以提供几英尺内的位置数据. 它非常适合不需要确定资产的精确位置的情况. 例如, 在医院寻找 X 光机时, 你只需要知道它所在的房间, 但不是确切的地点. 这些解决方案往往更便宜，需要更少的基础设施来优化.
RTLS 系统精度的关键因素
测距和角度
用于位置跟踪的测距和/或角度方法将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方法. 最常见的测距和/或角度方法包括:
- 到达角和离开角 – 通过测量单个元素计算’ (信号) 到达和离开之间的时间差
- 视线 – 通过测量发射器和接收器之间的距离来计算
- 抵达时间 – 通过估计信号从发射器到达远程接收器所需的时间来计算
- 飞行时间 – 通过测量信号通过特定介质所需的时间来计算.
- 多边定位 – 根据发射器测量资产的位置’ 结合波形细节和速度的信号到达时间.
- 对称双面双向测距 – 在信号传输中使用两个延迟来计算接收器和发射器之间的距离.
- 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 解决方案非常适合资产和人员的位置跟踪, 他们确实有一些错误. 一些错误与定位系统的物理有关, 并且很难实施任何技术更改来改进它们. 了解每个系统的局限性对于确定适合您的理想解决方案至关重要:
- 没有或没有直接反应
大多数 RTLS 系统需要清晰直接的视线能见度, 允许他们识别被跟踪的资产. 如果固定节点和移动 RTLS 标签之间没有足够的可见性, 定位引擎不会显示任何结果. 例如, 卫星定位系统需要资产和卫星之间的视线. 克服可见性问题的最佳方法之一是实施指纹识别, 这可能需要在相当高的饱和度下使用发射器.
- 位置积压
由于资产可能会不断改变其位置, 解决方案在提供新位置方面的任何延迟都可能导致错误的位置错误. 如果解决方案难以根据项目需要足够快地提供位置更新, 它可能不是它的理想解决方案.
- 位置抖动
结果的稳定性可能会受到来自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, 这与实时要求相矛盾.
- 位置跳转
由于含有质量的物体具有跳跃的限制, 这些影响大多超出物理现实. 如果跳转位置无法通过对象本身识别，则问题可能是定位引擎建模不当. 这种影响可能是由于不同次要响应的优势变化所致.
- 位置蠕变
有偏差的次要路径反射可能导致对象被报告为移动. 这种效果表明第一回声辨别能力不足，可以通过简单的平均.
RTLS系统标准
国际电工委员会 (国际电工委员会) 和国际标准化组织 (ISO标准) 携手合作，为 RTLS 行业引入一些标准化. 这确保了全球 RTLS 解决方案之间存在一定的兼容性，同时确保质量水平标准化. ISO/IEC 下列出了标准化的每个细节 24730 系列. 这是几个已发布的标准:
- 国际标准化组织/国际电工委员会 19762-5:2008: 用于提供定位系统特有的定义和术语，用于数据采集技术和自动识别
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-1:2014: 标准化软件应用程序如何在附加的 RTLS 发射器的帮助下使用 RTLS 来定位资产.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-2:2012: 定义用于资产管理的 RTLS 的单一 API，以鼓励 RTLS 市场中的产品互操作性.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-5:2010: 定义使用 chirp 扩频的 API 和空中接口协议 (的CSS) 频率范围在 2.4GHz 和 2.483 GHz的.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-21:2012: 定义兼容的 RTLS 发射器’ 使用 BPSK 扩展方案和 DBPSK 数据编码同时使用单个扩展码操作的物理层.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-22:2012: 用于定义旨在提供数据遥测和 X-Y 坐标的网络定位系统.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-61:2013: 用于定义支持 RTLS 的 UWB RTLS 空中接口协议的标签管理层和物理层’ 单向单工通信标签和阅读器.
- 国际标准化组织/国际电工委员会 24730-62:2013: 用于定义实时定位系统’ 利用物理层 UWB 信令机制的空中接口.
这些标准并不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, 或常见的混合方法来计算地面区域中的球形模型或平面的三角函数. 这些标准只是为了提高全球 RTLS 解决方案之间的互操作性.
RTLS 的局限性和挑战
虽然 RTLS 系统的采用率一直在增加, 一些挑战仍然阻碍它.
- 缺乏意识
错误信息和缺乏认识一直在阻碍 RTLS 行业的发展. 在 RTLS 系统可能受益的领域，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 RoW 和 APAC 等发展中地区.
另一方面, 而一些组织可能会实施 RTLS 系统, 他们缺乏充分优化这些解决方案的专业知识. RTLS 系统通常需要技术娴熟的技术人员来处理空间数据并处理任何出现的问题. 这一障碍的减少是亚太国家缓慢采用该技术的原因.
制造商和服务提供商负有最大的责任 – 确保公众有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传播知识, 工作坊, 或一般良好的营销策略.
- 安装成本高
虽然 RTLS 安装成本因行业而异, 它们通常很高但负担得起, 特别是有特定的支持技术. 例如, 与基于 RTLS Arduino 和 UWB 的系统相比，安装基于 Wi-Fi 的实时定位系统的成本更低, 但硬件成本反之. 另一方面, 与 Wi-Fi 和 RFID 相比，维护在 BLE 和 UWB 上运行的解决方案的成本更低.
安装 RTLS 解决方案并不像从服务提供商处获得它那么容易. 代替, 它需要定制以确保它适合您的特定需求和环境. 解决方案价格昂贵的部分原因是电力价格, 接线, 基础设施, 软件, 而且硬件一般都很高. 好消息是硬件价格一直在下降, 为提高采用率铺平道路.
RTLS 市场的未来和支持统计数据
虽然全球 RTLS 市场的估值为 $1.7 亿 2017, 预计物有所值 $13 十亿 2026 – 复合年增长率 25%. 通过自动化资产跟踪了解资源和资产的具体位置可以帮助组织更好地利用其资源，同时优化其工作流程. 越来越多地采用 RTLS 解决方案是预计市场复合年增长率如此之高的原因之一. 结合不断提高的技术进步和降低的硬件价格, 采用是为了增加. 例如, 蓝牙的介绍 5 将极大地改善行业.
硬件组件是 RTLS 解决方案中最重要的部分. 然而, 传感器的成本, 发射器, 和标签很高, 这使这一细分市场成为市场上产生最多收入的细分市场. 事实上, 它为制造商带来了比服务和软件更多的收入. 预计硬件价格将下降 2017 和 2026 (预测期). 虽然这会降低销售价值, 这将导致销量增加.
Wi-Fi一直占据主导地位 全球 RTLS 市场, 紧随其后的是 RTLS RFID 技术. 推动这种广泛采用的因素有很多, 包括易于部署, 它的低成本, 以及 Wi-Fi RTLS 带宽的改进. 另一方面, RFID 一直是帮助用户提高运营效率和有效性的冠军. 随着 RFID RTLS 的成本有望下降, 它可能会在预测期内增加全球对该技术的需求.
医疗保健行业继续在使用 RTLS 解决方案的行业中占据主导地位，预计在预测期内将继续成为主导用户. 该行业通过成为基于 RTLS 的解决方案的早期采用者巩固了自己的地位. 解决方案在行业内以各种方式使用, 包括跟踪人员和患者, 监测手卫生依从性, 监控资产, 和环境监测. 由于许多医疗机构为了更换丢失的物品而损失了大量现金, 行业急需 RTLS 解决方案. 结合 IoMT 的日益普及和增长, 医疗保健行业必将保持其作为 RTLS 解决方案主要用户的地位.
北美主导当前全球 RTLS 市场. 解决方案在医疗保健行业的应用越来越多，加上政府的举措和支持，推动了该地区解决方案的采用. 然而, 预计亚太地区的采用率最高, 与其 CAGR 预计将达到 27%.
亚太地区已经在制造业等领域接受并采用了 RTLS 技术, 卫生保健, 和零售. 日本作为该地区的早期采用者一直处于领先地位, 与中国这样的国家, 北朝鲜, 和澳大利亚密切关注.
为什么更多行业正在采用 RTLS 技术
- 资产跟踪需求的增加
越来越需要跟踪国防等垂直行业的资产, 卫生保健, 和制造. 在大多数情况下, 被追踪的资产是医疗设备, 工具, 拖车, 和容器. 大多数全球超级大国都在增加军费开支, 预计他们中会有更多人投资于实时定位服务.
- 智能手机的普及
智能手机在全球范围内的普及是 RTLS 采用的主要推动力. 许多应用程序依赖于实时定位信息. 一些很好的例子包括商业和通信应用程序, 健康和保健应用, 游戏应用, 和个人便利应用. 案例, 用于事件响应和应急管理的智能手机, 他们必须依赖实时定位系统, 这在识别和跟踪人员的特定位置时派上用场.
- 关键RTLS公司融合配套技术
不像以前, 当供应商提供封闭式解决方案时, 现代贷方结合了组件和技术来改进 RTLS 解决方案可以提供的服务类型. 例如, 低功耗蓝牙供应商和超宽带供应商之间的关系很好, 这导致了设备功能的改进. 对于 BLE 信标供应商, 大多数人一直在尝试扩展他们的设备’ 固件功能以改进其硬件设备. 由于这些供应商试图提高每个 RTLS 设备可以提供的精度水平, 它们直接增加了该技术的应用领域, 提高采用率.
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东西. 例如, 你应该从确定你想要解决的问题开始. 您还应该确定最能解决您问题的技术配置. 其他一些需要考虑的重要因素包括:
- 您的项目规模
- 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
- 材料, 尺寸, 和您要定位的资产的形状
- RTLS 解决方案所需的更新频率
- 易于访问 RTLS 系统生成的数据
虽然其中一些问题很容易通过头脑风暴会议解决, 其他人将需要咨询专家或现场测试解决方案. 不管, 进行 RTLS 试点至关重要. 在短时间内将该系统引入您的设施将帮助您评估该系统的实际应用, 以及它与您的特定要求的兼容性. 它还可以帮助您确定您不知道需要解决的问题.
计算 RTLS 成本
虽然 RTLS 解决方案旨在在任何垂直应用中节省现金, 实施它将需要拥有正确的资源和基础设施. 开始的时候, 寻找理想的解决方案和集成合作伙伴并不总是那么简单. 您需要首先确定您希望系统实现的目标. 这就需要你判断它的性能, 投资预算, 并安排不同的约会. 一般来说, 费用将包括:
- 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
立即确定最困难的因素之一是投资回报率, 这是规划的重要组成部分. 粗略估计投资回报率可以帮助您做出正确的决定并回答很多问题. 现代 RTLS 供应商的好处是他们寻找方法来为他们的产品定价.
例如, 一些供应商会在使维护和运营成本负担得起的同时，预先推高基本成本. 其他人将通过负担得起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, 但是一旦确定了每个成本因素并验证系统的性能满足您的预期用途，您就可以确定它.
实施 RTLS 时要考虑什么
不同类型的 RTLS 解决方案是有细微差别的, 每个都有与其他人略有不同的特征. 你应该考虑解决方案:
- 定位精度: 您希望定位系统精确到什么程度? 如果您对厘米级精度不感兴趣，可以寻找基于接近度的东西. 基于精度的系统将非常适合您需要精确位置数据的情况.
- 更新速度: 您的系统需要在需要时立即提供必要的信息. 衡量您希望以多快的速度访问数据并选择符合您需求的解决方案. 例如, 设备跟踪 RTLS 解决方案需要不断广播其位置.
- 可扩展性: 实施 RTLS 不应导致服务中断, 无论是现在还是将来. 将新的 RTLS 解决方案与现有的企业系统集成也应该很容易. 如果您需要投资额外的基础设施, 投资成本应尽可能小. 由于某些解决方案价格昂贵且需要购买额外的基础设施, 您至少应该对投资进行未来验证，以防止将来不得不购买额外的物品.
- 集成能力: 将新的 RTLS 系统与现有基础设施集成有多容易? 跨部门兼容性将允许您的 RTLS 解决方案在整个组织中使用. 如果这些是一些兼容性问题, 修复它们不应该付出巨大的代价.
- 可靠性: 标签应具有可靠的电池并保持一致的可操作性. 其设备和标签发送有关电池寿命下降的主动通知的解决方案将是确保连续数据交付的理想选择.
结论
配套技术的开发 蓝牙 5 有利于 RTLS 行业. 它允许组织找到新的使用领域. 感谢这些进步, RTLS 系统有望在未来几年内获得广泛采用.
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