System lokalizacji w czasie rzeczywistym - Real-time locating system

Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym ( RTLS ), znane również jako systemy śledzenia w czasie rzeczywistym , służą do automatycznego identyfikowania i śledzenia lokalizacji obiektów lub osób w czasie rzeczywistym , zwykle w obrębie budynku lub innego zamkniętego obszaru. Bezprzewodowe znaczniki RTLS są przymocowane do przedmiotów lub noszone przez ludzi, aw większości RTLS stałe punkty odniesienia odbierają sygnały bezprzewodowe z znaczników w celu określenia ich lokalizacji. Przykłady systemów lokalizacji w czasie rzeczywistym obejmują śledzenie samochodów na linii montażowej, lokalizowanie palet z towarem w magazynie lub znajdowanie sprzętu medycznego w szpitalu.

Fizyczną warstwą technologii RTLS jest zwykle jakaś forma komunikacji radiowej (RF), ale niektóre systemy wykorzystują technologię optyczną (zwykle podczerwień ) lub akustyczną (zwykle ultradźwiękową ) zamiast lub oprócz RF. Znaczniki i stałe punkty odniesienia mogą być nadajnikami , odbiornikami lub obydwoma, co daje wiele możliwych kombinacji technologii.

RTLS są formą lokalnego systemu pozycjonowania i zwykle nie odnoszą się do GPS lub śledzenia przez telefon komórkowy . Informacje o lokalizacji zwykle nie obejmują prędkości, kierunku ani orientacji przestrzennej.

Początek

Termin RTLS został stworzony (około 1998) na targach ID EXPO przez Tima Harringtona (WhereNet), Jaya Werba (PinPoint) i Berta Moore'a (Automatic Identification Manufacturers, Inc. (AIM)). Został stworzony w celu opisania i rozróżnienia powstającej technologii, która nie tylko zapewniała możliwości automatycznej identyfikacji aktywnych tagów RFID , ale także dodała możliwość podglądu lokalizacji na ekranie komputera. To właśnie na tej wystawie PinPoint i WhereNet zaprezentowały pierwsze przykłady komercyjnego systemu RTLS opartego na radiu. Chociaż zdolność ta była już wcześniej wykorzystywana przez agencje wojskowe i rządowe, technologia ta była zbyt droga do celów komercyjnych. Na początku lat 90. pierwsze komercyjne RTLS zainstalowano w trzech placówkach służby zdrowia w Stanach Zjednoczonych i opierały się na transmisji i dekodowaniu sygnałów podczerwieni z aktywnie transmitujących znaczników. Od tego czasu pojawiła się nowa technologia, która umożliwia również zastosowanie RTLS w aplikacjach pasywnych tagów.

Lokalizowanie koncepcji

RTLS są zwykle używane w pomieszczeniach i/lub zamkniętych obszarach, takich jak budynki, i nie zapewniają globalnego zasięgu, jak GPS . Tagi RTLS są umieszczane na elementach mobilnych, które mają być śledzone lub zarządzane. Punkty odniesienia RTLS, którymi mogą być nadajniki lub odbiorniki, są rozmieszczone w całym budynku (lub podobnym obszarze zainteresowania), aby zapewnić pożądany zasięg znacznika. W większości przypadków im więcej zainstalowanych punktów odniesienia RTLS, tym lepsza dokładność lokalizacji, aż do osiągnięcia ograniczeń technologicznych.

Wiele różnych projektów systemów jest określanych jako „systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym”, ale istnieją dwa podstawowe elementy projektu systemu:

Lokalizowanie w punktach ssania

Najprostszą formę dławika punkt ustalający jest, gdy krótkie sygnały zakresu tożsamości z ruchomym znaczniku są odbierane przez jeden czytnik ustalonej sieci sensorycznych, co wskazuje zbieżność położenie czytnika oraz znacznika. Alternatywnie, identyfikator przewężenia może być odbierany przez ruchomy znacznik, a następnie przekazywany, zwykle za pośrednictwem drugiego kanału bezprzewodowego, do procesora lokalizacji. Dokładność jest zwykle określana przez sferę rozpiętą w zasięgu nadajnika lub odbiornika punktu ssania. Zastosowanie anten kierunkowych lub technologii, takich jak podczerwień lub ultradźwięki, które są blokowane przez przegrody w pomieszczeniu, może obsługiwać punkty przewężenia o różnych geometriach.

Lokalizowanie we względnych współrzędnych

Sygnały ID ze znacznika są odbierane przez wiele czytników w sieci sensorycznej , a położenie jest szacowane przy użyciu jednego lub więcej algorytmów lokalizacji, takich jak trilateracja , multilateracja lub triangulacja . Równoważnie sygnały ID z kilku punktów odniesienia RTLS mogą być odbierane przez znacznik i przekazywane z powrotem do procesora lokalizacji. Lokalizacja z wieloma punktami odniesienia wymaga, aby odległości między punktami odniesienia w sieci sensorycznej być znane w celu dokładnego zlokalizowania znacznika i określanie odległości jest nazywane począwszy .

Innym sposobem obliczania względnej lokalizacji jest sytuacja, w której znaczniki mobilne komunikują się bezpośrednio ze sobą, a następnie przekazują te informacje do procesora lokalizacji.

Dokładność lokalizacji

Trilateracja RF wykorzystuje oszacowane zakresy z wielu odbiorników do oszacowania lokalizacji znacznika. Triangulacja RF wykorzystuje kąty, pod którymi sygnały RF docierają do wielu odbiorników, aby oszacować położenie znacznika. Wiele przeszkód, takich jak ściany lub meble, może zniekształcić szacowany zasięg i odczyty kąta, prowadząc do różnych jakości oszacowania lokalizacji. Dokładność lokalizacji na podstawie szacunków jest często mierzona z dokładnością dla danej odległości, np. z dokładnością 90% dla zasięgu 10 metrów.

Systemy wykorzystujące technologie lokalizacji, które nie przechodzą przez ściany, takie jak podczerwień lub ultradźwięki, są zazwyczaj bardziej dokładne w środowisku wewnętrznym, ponieważ tylko tagi i odbiorniki, które mają linię widzenia (lub blisko linii widzenia), mogą się komunikować.

Aplikacje

RTLS może być stosowany w wielu obszarach logistycznych lub operacyjnych, takich jak:

  • zlokalizować i zarządzać zasobami w obiekcie, np. znaleźć zagubiony wózek narzędziowy w magazynie lub sprzęcie medycznym
  • powiadomienie o nowych lokalizacjach, np. alert, jeśli wózek z narzędziami niewłaściwie opuścił placówkę
  • łączenie tożsamości wielu przedmiotów umieszczonych w jednym miejscu, np. na palecie
  • zlokalizować klientów np. w restauracji, na dostawę jedzenia lub usługi
  • utrzymanie odpowiedniego poziomu personelu w obszarach operacyjnych, na przykład zapewnienie strażników we właściwych lokalizacjach w zakładzie karnym;
  • do szybkiego i automatycznego rozliczania wszystkich pracowników po ewakuacji awaryjnej lub w jej trakcie,
    • Toronto General Hospital przygląda się RTLS, aby skrócić czas kwarantanny po wybuchu choroby zakaźnej. Po niedawnej epidemii SARS 1% wszystkich pracowników poddano kwarantannie, a dokładniejsze dane dotyczące tego, kto był narażony na wirusa, mogłyby zmniejszyć potrzebę kwarantanny.
  • do automatycznego śledzenia i oznaczania czasem postępów osób lub zasobów w procesie, takim jak czas oczekiwania pacjenta na izbę przyjęć, czas spędzony na sali operacyjnej i całkowity czas do wypisu. Taki system można wykorzystać do doskonalenia procesów
  • lokalizacja na poziomie klinicznym w celu wsparcia zarządzania zdolnościami opieki w stanach ostrych

Obawy dotyczące prywatności

RTLS może być postrzegany jako zagrożenie dla prywatności, gdy jest używany do określania lokalizacji osób. Nowo ogłoszone prawo człowieka do informacyjnego samostanowienia daje prawo do zapobiegania ujawnianiu swojej tożsamości i danych osobowych innym, a także obejmuje ujawnienie lokalizacji, chociaż generalnie nie dotyczy to miejsca pracy .

Kilka prominentnych związków zawodowych wypowiadało się przeciwko wykorzystywaniu systemów RTLS do śledzenia pracowników, nazywając ich „początkiem Wielkiego Brata ” i „ inwazją na prywatność ”.

Obecne technologie śledzenia lokalizacji mogą być wykorzystywane do wskazywania użytkowników urządzeń mobilnych na kilka sposobów. Po pierwsze, dostawcy usług mają dostęp do technologii opartych na sieci i telefonii komórkowej, które umożliwiają lokalizowanie telefonu w sytuacjach awaryjnych. Po drugie, lokalizację historyczną można często odnaleźć w zapisach usługodawcy. Po trzecie, inne urządzenia, takie jak hotspoty Wi-Fi lub łapacze IMSI, mogą być używane do śledzenia pobliskich urządzeń mobilnych w czasie rzeczywistym. Wreszcie, hybrydowe systemy pozycjonowania łączą różne metody, próbując przezwyciężyć wady poszczególnych metod.

Rodzaje stosowanych technologii

Istnieje wiele różnych koncepcji i projektów systemów zapewniających lokalizację w czasie rzeczywistym.

Ogólny model wyboru najlepszego rozwiązania problemu lokalizacyjnego został skonstruowany na Uniwersytecie Radboud w Nijmegen . Wiele z tych odniesień nie jest zgodnych z definicjami podanymi w międzynarodowej normalizacji ISO/IEC 19762-5 i ISO/IEC 24730-1. Jednak niektóre aspekty wydajności w czasie rzeczywistym są obsługiwane, a aspekty lokalizowania są rozwiązywane w kontekście współrzędnych bezwzględnych.

Odmierzanie i kątowanie

W zależności od zastosowanej technologii fizycznej, do określenia lokalizacji używana jest co najmniej jedna, a często pewna kombinacja metod określania odległości i/lub kątowania:

Błędy i dokładność

Lokalizowanie w czasie rzeczywistym obarczone jest różnymi błędami. Wiele z głównych przyczyn jest związanych z fizyką systemu lokalizacji i nie można ich zredukować poprzez ulepszenie wyposażenia technicznego.

Brak lub brak bezpośredniej odpowiedzi

Wiele systemów RTLS wymaga bezpośredniej i wyraźnej widoczności w linii wzroku. W przypadku tych systemów, w których nie ma widoczności z tagów mobilnych na stałe węzły, nie będzie wyniku lub wynik będzie nieprawidłowy z lokalizacji silnika . Dotyczy to lokalizacji satelitarnej, a także innych systemów RTLS, takich jak kąt i czas przybycia. Odciski palców to sposób na przezwyciężenie problemu z widocznością: jeśli lokalizacje w obszarze śledzenia zawierają wyraźne odciski palców pomiarowych, linia wzroku nie jest koniecznie potrzebna. Na przykład, jeśli każda lokalizacja zawiera unikalną kombinację odczytów siły sygnału z nadajników, system lokalizacji będzie działał prawidłowo. Dotyczy to na przykład niektórych rozwiązań RTLS opartych na Wi-Fi. Jednak posiadanie odcisków palców o różnej sile sygnału w każdej lokalizacji zazwyczaj wymaga dość wysokiego nasycenia nadajników.

Fałszywa lokalizacja

Zmierzona lokalizacja może wydawać się całkowicie błędna. Wynika to na ogół z prostych modeli operacyjnych, które kompensują mnogość źródeł błędów. Po zignorowaniu błędów nie da się obsłużyć właściwej lokalizacji.

Lokalizowanie zaległości

W czasie rzeczywistym nie ma zarejestrowanego brandingu i nie ma nieodłącznej jakości. Różnorodne oferty żagli pod tym terminem. Ponieważ ruch powoduje zmiany lokalizacji, nieuchronnie czas utajenia potrzebny do obliczenia nowej lokalizacji może być dominujący w odniesieniu do ruchu. Albo system RTLS, który wymaga oczekiwania na nowe wyniki, nie jest wart swojej ceny, albo koncepcja operacyjna, która wymaga szybszej aktualizacji lokalizacji, nie jest zgodna z podejściem wybranego systemu.

Tymczasowy błąd lokalizacji

Lokalizacja nigdy nie zostanie podana dokładnie , ponieważ terminy czasu rzeczywistego i termin precyzja są wprost sprzeczne w aspektach teorii pomiaru, a termin precyzja i termin koszt są sprzeczne w aspektach ekonomicznych. Nie wyklucza to precyzji, ale ograniczenia związane z większą prędkością są nieuniknione.

Błąd stałej lokalizacji

Rozpoznawanie zgłaszanej lokalizacji stopniowo, niezależnie od fizycznej obecności, ogólnie wskazuje na problem niedostatecznej naddeterminacji i braku widoczności wzdłuż co najmniej jednego łącza od rezydentnych kotwic do ruchomych transponderów. Taki efekt jest również spowodowany niedostatecznymi koncepcjami kompensowania potrzeb kalibracyjnych.

Drżenie lokalizacji

Hałas z różnych źródeł ma niekonsekwentny wpływ na stabilność wyników. Dążenie do zapewnienia stałego wyglądu zwiększa opóźnienie, co jest sprzeczne z wymaganiami czasu rzeczywistego.

Skok lokalizacji

Ponieważ obiekty zawierające masę mają ograniczenia w skoku, takie efekty są w większości poza fizyczną rzeczywistością. Skoki zgłaszanej lokalizacji niewidoczne dla samego obiektu ogólnie wskazują na niewłaściwe modelowanie za pomocą silnika lokalizacji. Taki efekt jest spowodowany zmieniającą się dominacją różnych reakcji wtórnych.

pełzanie lokalizacji

Lokalizacja obiektów znajdujących się w obiekcie jest zgłaszana jako poruszająca się, gdy tylko podjęte pomiary są zniekształcone przez odbicia od ścieżki wtórnej o rosnącej wadze w czasie. Taki efekt jest spowodowany prostym uśrednianiem i wskazuje na niewystarczającą dyskryminację pierwszych ech.

Normy

ISO/IEC

Podstawowe zagadnienia RTLS są standaryzowane przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną i Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną w ramach serii ISO/IEC 24730. W tej serii norm podstawowa norma ISO/IEC 24730-1 określa terminy opisujące formę RTLS używaną przez grupę dostawców, ale nie obejmuje pełnego zakresu technologii RTLS.

Obecnie publikowanych jest kilka norm:

  • ISO / IEC 19762-5: 2008 Technika informatyczna - Techniki automatycznej identyfikacji i przechwytywania danych (AIDC) - Zharmonizowane słownictwo - Część 5: Systemy lokalizacyjne
  • ISO / IEC 24730-1: 2014 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 1: Interfejs programowania aplikacji (API)
  • ISO / IEC 24730-2: 2012 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 2: Protokół interfejsu powietrznego Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 2,4 GHz
  • ISO / IEC 24730-5: 2010 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 5: Widmo rozproszenia Chirp (CSS) w interfejsie lotniczym 2,4 GHz
  • ISO / IEC 24730-21: 2012 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 21: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Protokół interfejsu powietrznego 2,4 GHz: Nadajniki działające z pojedynczym kodem rozproszonym i wykorzystującym kodowanie danych DBPSK i schemat rozrzutu BPSK
  • ISO / IEC 24730-22: 2012 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 22: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Protokół interfejsu powietrznego 2,4 GHz: Nadajniki działające z wieloma kodami rozprzestrzeniania i wykorzystujące kodowanie danych QPSK i Schemat siewu z przesunięciem Walsha QPSK (WOQPSK)
  • ISO / IEC 24730-61: 2013 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 61: Częstotliwość powtarzania impulsów o niskiej częstotliwości Ultra Wide Band (UWB) interfejs powietrzny
  • ISO / IEC 24730-62: 2013 Technika informatyczna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 62: Częstotliwość powtarzania impulsów o wysokiej częstotliwości Ultra Wide Band (UWB) interfejs powietrzny

Normy te nie określają żadnej specjalnej metody obliczania lokalizacji, ani metody pomiaru lokalizacji. Można to zdefiniować w specyfikacjach trilateracji, triangulacji lub wszelkich hybrydowych podejść do obliczeń trygonometrycznych dla płaskich lub sferycznych modeli obszaru ziemskiego.

INCIT

  • INCITS 371.1 :2003, Technologia informacyjna — Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) — Część 1: Protokół interfejsu radiowego 2,4 GHz
  • INCITS 371.2:2003, Technologia informacyjna — Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) — Część 2: Protokół interfejsu radiowego 433 MHz
  • INCITS 371.3:2003, Technologia informacyjna - Systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) - Część 3: Interfejs programowania aplikacji

Ograniczenia i dalsza dyskusja

W zastosowaniu RTLS w branży opieki zdrowotnej wydano różne badania omawiające ograniczenia obecnie przyjętego RTLS. Stosowane obecnie technologie RFID, Wi-fi, UWB, wszystkie oparte na RFID są niebezpieczne w sensie ingerencji w czuły sprzęt. Badanie przeprowadzone przez dr Erika Jana van Lieshouta z Akademickiego Centrum Medycznego Uniwersytetu w Amsterdamie, opublikowane w JAMA ( Journal of the American Medical Equipment ), twierdziło, że „RFID i UWB mogą wyłączyć sprzęt, na którym polegają pacjenci”, ponieważ „RFID powodował zakłócenia w 34 ze 123 testów, które przeprowadzili”. Pierwszy dostawca Bluetooth RTLS w branży medycznej wspiera to w swoim artykule: „Fakt, że RFID nie może być używany w pobliżu wrażliwego sprzętu, powinien sam w sobie być sygnałem ostrzegawczym dla branży medycznej”. RFID Journal odpowiedział na to badanie, nie negując go, a raczej wyjaśniając rozwiązanie rzeczywiste: „Badanie Purdue nie wykazało żadnego efektu, gdy systemy ultrawysokiej częstotliwości (UHF) były trzymane w rozsądnej odległości od sprzętu medycznego. Umieszczenie czytników w pomieszczeniach użytkowych, w pobliżu windy i nad drzwiami między skrzydłami szpitalnymi lub oddziałami w celu śledzenia zasobów nie stanowią problemu”. Jednak sprawa „trzymania się w rozsądnej odległości” może nadal być kwestią otwartą dla osób stosujących technologię RTLS i dostawców w placówkach medycznych.

W wielu zastosowaniach bardzo trudny i jednocześnie ważny jest właściwy wybór spośród różnych technologii komunikacyjnych (np. RFID, WiFi itp.), które może zawierać RTLS. Błędne decyzje projektowe podjęte na wczesnych etapach mogą prowadzić do katastrofalnych wyników dla systemu i znacznej utraty pieniędzy na naprawę i przeprojektowanie. Aby rozwiązać ten problem, opracowano specjalną metodologię eksploracji przestrzeni projektowej RTLS. Składa się z takich kroków jak modelowanie, specyfikacja wymagań i weryfikacja w jeden wydajny proces.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura