Como funciona um sistema de posicionamento interno

Quase todo mundo está familiarizado com o Sistema de Posicionamento Global ou GPS, que pode determinar a posição precisa de qualquer pessoa ou objeto na Terra com base em sinais de satélite. Mas e quanto ao rastreamento de localização interna? O GPS não funciona bem dentro de edifícios - é aí que entra um sistema de posicionamento interno (IPS) ou rastreamento de localização interna.

O que é um sistema de posicionamento interno?

Como um GPS para ambientes internos, o IPS refere-se à tecnologia que ajuda a localizar pessoas e objetos internos. Essas informações de localização são então inseridas em algum tipo de software aplicativo para torná-las úteis. Por exemplo, as tecnologias IPS permitem uma série de soluções de rastreamento interno baseadas em localização, incluindo sistemas de localização em tempo real (RTLS), orientação, gerenciamento de estoque e sistemas de localização de primeira resposta.

Existem várias tecnologias diferentes que podem ser usadas para posicionamento interno, cinco das quais cobriremos com alguns detalhes neste artigo:

• Sistemas baseados em proximidade
• Sistemas baseados em WiFi
• Sistemas de banda ultralarga
• Sistemas acústicos
• Sistemas infravermelhos

Enquanto você lê, tenha em mente: É bom entender os diferentes tipos de tecnologias de rastreamento interno, mas a tecnologia de posicionamento em si não deve ser sua principal preocupação - o valor real está no software conectado a um determinado tecnologia.

Saber como as tags de localização funcionam é como saber o que está acontecendo "sob o capô do IPS". Isso é ótimo, mas é como você usa essas informações de localização que fornecem o valor real - como isso fará a diferença em seus negócios? O software que alimenta desempenha um grande papel na criação desse valor, por isso é importante avaliar o sistema como um todo. Se você está apenas começando com o rastreamento de localização interna e tem um orçamento apertado para experimentação, comprar um sistema caro, difícil de usar e de escalonar provavelmente negará os benefícios que obterá com os dados coletados. Por outro lado, uma solução econômica e fácil de usar o ajudará a aproveitar ao máximo seu investimento em IPS e, como resultado, criar valor comercial real.

Abaixo, anotei os casos de uso mais comuns para cada tecnologia de rastreamento interno, bem como algumas das desvantagens e benefícios de cada um.

5 tipos de tecnologia de rastreamento interno

1. Sistemas baseados em proximidade

Os sistemas baseados em proximidade podem detectar a localização geral de uma pessoa ou objeto no nível da sala dentro de uma instalação. (Isso está em contraste com um sistema de precisão como banda ultralarga, nomeado abaixo, que aponta a localização exata e precisa de algo até um "ponto no mapa".) Os sistemas baseados em proximidade usam tags e beacons para posicionamento interno e eles são baseados em leitores ou baseados em pontos de referência.

Em um sistema baseado em leitor, tags simples e baratas (tags “burras”) transmitem sua identificação continuamente para vários dispositivos leitores. Esses dispositivos de leitura, então, passam as identificações das tags e a intensidade do sinal para um sistema de back-end, que então calcula as posições de cada tag.

Um sistema baseado em ponto de referência - do qual o AirFinder é um bom exemplo - usa beacons Bluetooth Low Energy (BLE) padrão como pontos de referência de localização junto com tags "inteligentes" com reconhecimento de localização. As tags calculam sua própria localização com base na localização dos pontos de referência e, em seguida, se conectam a um ponto de acesso central para transmitir essas informações. Os pontos de acesso BLE, espaçados a cada 30 metros em uma instalação, recebem os dados de localização criptografados da tag e os enviam ao servidor.

Ambos os tipos de sistemas baseados em proximidade podem realizar localização interna simples com o menor custo. Eles são onipresentes em saúde e manufatura, bem como em alguns outros setores. Os sistemas baseados em pontos de referência, no entanto, são as soluções de proximidade mais baratas por causa de sua arquitetura - eles não precisam de tantos leitores conectados por causa de seus pontos de referência de baixo custo. Eles também permitem uma vida útil prolongada da bateria e fornecem informações de localização mais precisas do que os sistemas baseados em leitores.

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2. Sistemas baseados em WiFi

Em um sistema de posicionamento WiFi, as tags são transmissores WiFi que enviam pacotes simples para vários pontos de acesso WiFi em uma instalação. Esses pontos de acesso relatam o tempo e a intensidade dessa leitura para um back-end, que usa algoritmos para calcular a posição. As informações de localização são então enviadas para a nuvem.

Os sistemas de posicionamento interno WiFi oferecem um nível bastante alto de precisão - de três a cinco metros - porque usam medições de diferença de tempo de chegada (TDOA) com largura de banda ampla. Mas, para atingir esse nível de precisão, você precisa de pelo menos três pontos de acesso para “ouvir” cada transmissão de tag. Se você ainda não tem os pontos de acesso WiFi para suportá-lo, esta pode ser uma solução cara. As etiquetas WiFi também são bastante caras ($ 40- $ 60 por etiqueta) e geralmente menos eficientes em termos de energia do que suas alternativas.

Dito isso, o Wifi é comumente usado em ambientes de saúde e manufatura.

3. Sistemas de banda ultralarga (UWB)

UWB é uma tecnologia legal. Três ou mais leitores de banda ultralarga transmitem um pulso muito amplo em um GHz de espectro. Os leitores então ouvem os chilros de tags de banda ultralarga. Essas tags têm um excitador do tipo spark-gap que gera um pequeno pulso dentro delas, o que cria uma explosão curta, codificada, muito ampla, quase instantânea. Os leitores então relatam medições de tempo muito precisas das tags de volta para um servidor central.

Como o sinal UWB é extremamente amplo, a precisão das informações de localização é muito boa - provavelmente a mais precisa de qualquer sistema disponível. Uma desvantagem, no entanto, é que o UWB é o sistema mais caro de instalar. Mesmo que as tags UWB sejam baratas, cada local deve ter pelo menos três leitores (caros) devido ao alcance limitado das tags.

Uma coisa que notei em discussões com pessoas que usam UWB é que, embora tenham comprado pela precisão exata que oferece, elas não acham valor em saber onde algo está até o XY posição. (“ Não preciso saber de que lado da cama a enfermeira está, só preciso saber que ela está no quarto. ”) Como resultado, muitas vezes eles o implementam de uma forma que“ embota ”- portanto, ele fornece apenas informações de localização no nível de proximidade. Nesse caso, a tecnologia baseada em proximidade é mais barata. Observe que existem situações em que a localização de precisão é útil, como no gerenciamento de estoque ou no rastreamento do fluxo de materiais em uma fábrica. (UWB não é usado em hospitais, mas é amplamente usado em depósitos.) Tudo se resume à avaliação do pacote geral para garantir que você está obtendo uma solução que corresponda às suas necessidades reais.

4. Sistemas acústicos

Vários novos sistemas de rastreamento interno chegaram ao mercado que usam pulsos ultrassônicos de etiquetas para localizá-los em um ambiente interno. Um sistema acústico funciona quase exatamente como UWB, exceto que usa som em vez de rádio. As tags emitem um som na faixa ultrassônica (então você não pode ouvi-lo). Os receptores na sala (às vezes vários e às vezes um único "inteligente") captam esses sons e localizam as marcas dessa forma.

Um benefício de usar som tem a ver com a resolução de caminhos múltiplos. Se você estiver enviando uma transmissão e medindo o tempo, poderá adivinhar o local com base na velocidade. Se aquele sinal ricocheteia na parede no caminho até lá, você agora tem um “multipercurso” - ou talvez dezenas deles. A capacidade de diferenciar matematicamente entre um caminho direto e um multipercurso é puramente uma função da velocidade do meio dividida pela largura de banda. Portanto, sua capacidade de resolução de multipath é a velocidade do som dividida pela largura de banda. Os sistemas acústicos requerem menos largura de banda do sinal para resolver caminhos múltiplos porque a velocidade do som é muito menor do que a velocidade da luz.

Os sistemas baseados em sonar também podem ser muito precisos - até mesmo tão precisos quanto UWB. O custo depende da sua situação:se você estiver instalando em uma construção nova, não custará muito conectar um sensor em cada cômodo. Se você está tentando reformar um edifício existente com sensores, o custo seria alto. As tags, no entanto, são baratas.

Por enquanto, os sistemas acústicos são uma tecnologia de nicho de uso incomum, embora a área de saúde ofereça o maior potencial para casos de uso em um futuro próximo.

5. Sistemas infravermelhos (IR)

Os sistemas de localização interna baseados em infravermelho usam pulsos de luz infravermelha (como um controle remoto de TV) para localizar sinais dentro de um edifício. Receptores de infravermelho são instalados em todas as salas e, quando a etiqueta de infravermelho pulsa, ela é lida pelo dispositivo receptor de infravermelho.

O infravermelho é uma maneira quase infalível de garantir a precisão no nível da sala. Ele usa luz em vez de ondas de rádio, que não podem atravessar paredes - se o sistema diz que um ativo está na sala 4B, está na sala 4B sem dúvida. Os sistemas baseados em rádio têm mais problemas com falsos positivos, já que as ondas de rádio às vezes podem ser captadas por outros leitores através das paredes.

Embora as etiquetas sejam de baixo custo e longa duração, uma desvantagem do infravermelho é que cada cômodo precisa de um leitor de infravermelho com fio instalado no teto. Tudo bem se você estiver instalando em uma construção nova, mas, assim como com o acústico, o retrofit será caro. É por isso que os sistemas infravermelhos são comumente usados ​​na construção de novos hospitais, onde as salas são definitivamente segmentadas. Em um armazém de espaço aberto, o infravermelho seria um desafio - se três receptores lerem um pulso de luz, não há como saber de qual receptor a etiqueta está mais próxima, porque é difícil medir a força relativa do sinal infravermelho. De modo geral, as tecnologias de rádio funcionam melhor em espaços abertos característicos de depósitos e instalações de manufatura.

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