Sistem de localizare în timp real - Real-time locating system

Sistemele de localizare în timp real ( RTLS ), cunoscute și sub numele de sisteme de urmărire în timp real , sunt utilizate pentru a identifica și urmări automat locația obiectelor sau a persoanelor în timp real , de obicei într-o clădire sau într-o altă zonă conținută. Etichetele RTLS fără fir sunt atașate la obiecte sau purtate de oameni, iar în majoritatea RTLS, punctele de referință fixe primesc semnale wireless de la etichete pentru a determina locația lor. Exemple de sisteme de localizare în timp real includ urmărirea automobilelor printr-o linie de asamblare, localizarea paleților de marfă într-un depozit sau găsirea de echipamente medicale într-un spital.

Stratul fizic al tehnologiei RTLS este, de obicei, o formă de comunicare cu frecvență radio (RF), dar unele sisteme utilizează tehnologie optică (de obicei în infraroșu ) sau acustică (de obicei cu ultrasunete ) în locul sau în plus față de RF. Etichetele și punctele de referință fixe pot fi emițătoare , receptoare sau ambele, rezultând numeroase combinații posibile de tehnologie.

RTLS sunt o formă de sistem de poziționare locală și nu se referă de obicei la GPS sau la urmărirea telefonului mobil . Informațiile despre locație nu includ de obicei viteza, direcția sau orientarea spațială.

Origine

Termenul RTLS a fost creat (circa 1998) la târgul ID EXPO de către Tim Harrington (WhereNet), Jay Werb, (PinPoint) și Bert Moore, (Automatic Identification Manufacturers, Inc. (AIM)). A fost creat pentru a descrie și diferenția o tehnologie emergentă care nu numai că asigura capacitățile de identificare automată a etichetelor RFID active , dar a adăugat și capacitatea de a vizualiza locația pe ecranul unui computer. La acest spectacol, primele exemple de sistem comercial RTLS bazat pe radio au fost prezentate de PinPoint și WhereNet. Deși această capacitate fusese utilizată anterior de agențiile militare și guvernamentale, tehnologia fusese prea costisitoare în scopuri comerciale. La începutul anilor 1990, primele RTLS comerciale au fost instalate în trei instituții medicale din Statele Unite și se bazau pe transmiterea și decodarea semnalelor de lumină în infraroșu de la etichetele care transmit în mod activ. De atunci, a apărut o nouă tehnologie care permite, de asemenea, aplicarea RTLS aplicațiilor de etichete pasive.

Localizarea conceptelor

RTLS sunt utilizate în general în spații interioare și / sau restrânse, cum ar fi clădirile, și nu oferă acoperire globală precum GPS . Etichetele RTLS sunt atașate elementelor mobile pentru a fi urmărite sau gestionate. Punctele de referință RTLS, care pot fi fie emițătoare, fie receptoare, sunt distanțate în întreaga clădire (sau zonă similară de interes) pentru a asigura acoperirea etichetei dorită. În majoritatea cazurilor, cu cât sunt instalate mai multe puncte de referință RTLS, cu atât este mai bună precizia locației, până când sunt atinse limitele tehnologice.

O serie de modele de sisteme diferite sunt denumite „sisteme de localizare în timp real”, dar există două elemente principale de proiectare a sistemului:

Localizarea în punctele de sufocare

Cea mai simplă formă de localizare a punctului de sufocare este în cazul în care semnalele ID de rază scurtă de la o etichetă în mișcare sunt recepționate de un singur cititor fix într-o rețea senzorială, indicând astfel coincidența locației cititorului și etichetei. Alternativ, un identificator de punct de sufocare poate fi primit de către eticheta în mișcare și apoi transmis, de obicei printr-un al doilea canal fără fir, către un procesor de locație. Acuratețea este de obicei definită de sfera întinsă cu acoperirea transmițătorului sau receptorului punctului de sufocare. Utilizarea antenelor direcționale sau a tehnologiilor precum infraroșu sau ultrasunete care sunt blocate de partițiile camerei pot susține puncte de sufocare de diferite geometrii.

Localizarea în coordonate relative

Semnalele de identificare de la o etichetă sunt recepționate de o multitudine de cititori într-o rețea senzorială și o poziție este estimată utilizând unul sau mai mulți algoritmi de localizare, cum ar fi trilaterarea , multilaterarea sau triangularea . În mod echivalent, semnalele de identificare de la mai multe puncte de referință RTLS pot fi recepționate de o etichetă și retransmise către un procesor de locație. Localizarea cu mai multe puncte de referință impune ca distanțele dintre punctele de referință în rețeaua senzorială să fie cunoscută , în scopul de a localiza cu precizie o etichetă, iar determinarea distanțelor este numit variind .

Un alt mod de a calcula locația relativă este dacă etichetele mobile comunică direct între ele, apoi retransmiteți aceste informații către un procesor de locație.

Precizia locației

Trilaterarea RF utilizează intervale estimate de la mai multe receptoare pentru a estima locația unei etichete. Triangularea RF utilizează unghiurile la care semnalele RF ajung la mai multe receptoare pentru a estima locația unei etichete. Multe obstacole, cum ar fi pereții sau mobilierul, pot distorsiona intervalul estimat și citirile unghiului, ducând la calități variate ale estimării locației. Localizarea bazată pe estimare este adesea măsurată în precizie pentru o anumită distanță, cum ar fi 90% pentru o distanță de 10 metri.

Sistemele care utilizează tehnologii de localizare care nu trec prin pereți, cum ar fi infraroșu sau ultrasunete, tind să fie mai precise într-un mediu interior, deoarece numai etichetele și receptoarele care au linia de vedere (sau aproape de linia de vedere) pot comunica.

Aplicații

RTLS poate fi utilizat în numeroase domenii logistice sau operaționale, cum ar fi:

  • localizați și gestionați activele dintr-o instalație, cum ar fi găsirea unui cărucior de scule neplasat într-un depozit sau echipament medical
  • notificarea locațiilor noi, cum ar fi o alertă dacă un coș de scule a părăsit incorect instalația
  • pentru a combina identitatea mai multor articole plasate într-o singură locație, cum ar fi pe un palet
  • pentru a localiza clienți, de exemplu într-un restaurant, pentru livrarea de alimente sau servicii
  • să mențină niveluri adecvate de personal în zonele operaționale, cum ar fi asigurarea că paznicii se află în locațiile corespunzătoare într-o unitate corecțională
  • pentru a contabiliza rapid și automat tot personalul după sau în timpul unei evacuări de urgență
    • Spitalul General Toronto se uită la RTLS pentru a reduce timpul de carantină după un focar de boală infecțioasă. După un recent focar SARS , 1% din tot personalul a fost pus în carantină, iar date mai exacte cu privire la cine a fost expus virusului ar fi putut reduce nevoia de carantine.
  • să urmărească automat și să timbreze progresul persoanelor sau al activelor printr-un proces, cum ar fi urmărirea timpului de așteptare al camerei de urgență a pacientului, timpul petrecut în sala de operație și timpul total până la externare. Un astfel de sistem poate fi utilizat pentru îmbunătățirea procesului
  • localizare clinică pentru a sprijini managementul capacității de îngrijire acută

Preocupări privind confidențialitatea

RTLS poate fi văzut ca o amenințare la adresa vieții private atunci când este utilizat pentru a determina locația oamenilor. Noul drept al omului de autodeterminare informațională dă dreptul de a împiedica divulgarea identității și a datelor personale ale altora și acoperă, de asemenea, divulgarea localității, deși acest lucru nu se aplică în general la locul de muncă .

Mai multe sindicate proeminente s-au pronunțat împotriva utilizării sistemelor RTLS pentru a urmări lucrătorii, numindu-i „începutul Big Brother ” și „o invazie a vieții private ”.

Tehnologiile actuale de urmărire a locației pot fi utilizate pentru a identifica utilizatorii de dispozitive mobile în mai multe moduri. În primul rând, furnizorii de servicii au acces la tehnologii bazate pe rețea și telefoane care pot localiza un telefon în scopuri de urgență. În al doilea rând, locația istorică poate fi des întâlnită din înregistrările furnizorului de servicii. În al treilea rând, alte dispozitive, cum ar fi hotspoturile Wi-Fi sau capturile IMSI, pot fi utilizate pentru a urmări dispozitivele mobile din apropiere în timp real. În cele din urmă, sistemele de poziționare hibridă combină diferite metode în încercarea de a depăși deficiențele fiecărei metode individuale.

Tipuri de tehnologii utilizate

Există o mare varietate de concepte și modele de sisteme pentru a asigura localizarea în timp real.

La Universitatea Radboud din Nijmegen a fost construit un model general pentru selectarea celei mai bune soluții pentru o problemă de localizare . Multe dintre aceste referințe nu sunt conforme cu definițiile date în standardizarea internațională cu ISO / IEC 19762-5 și ISO / IEC 24730-1. Cu toate acestea, unele aspecte ale performanței în timp real sunt servite și aspecte ale localizării sunt abordate în contextul coordonatelor absolute.

Distanță și angulare

În funcție de tehnologia fizică utilizată, cel puțin una și adesea o combinație de metode de distanță și / sau de angulare sunt utilizate pentru a determina locația:

Erori și precizie

Localizarea în timp real este afectată de o varietate de erori. Multe dintre principalele motive se referă la fizica sistemului de localizare și nu pot fi reduse prin îmbunătățirea echipamentului tehnic.

Niciun sau niciun răspuns direct

Multe sisteme RTLS necesită vizibilitate directă și clară a vederii. Pentru acele sisteme, în care nu există vizibilitate de la etichete mobile la noduri fixe, nu va exista niciun rezultat sau un rezultat nevalid de la localizarea motorului . Acest lucru se aplică localizării prin satelit, precum și altor sisteme RTLS, cum ar fi unghiul de sosire și ora sosirii. Amprentarea digitală este o modalitate de a depăși problema vizibilității: dacă locațiile din zona de urmărire conțin amprente de măsurare distincte, linia de vedere nu este neapărat necesară. De exemplu, dacă fiecare locație conține o combinație unică de citiri ale puterii semnalului de la emițătoare, sistemul de localizare va funcționa corect. Acest lucru este adevărat, de exemplu, cu unele soluții RTLS bazate pe Wi-Fi. Cu toate acestea, pentru a avea amprente distincte de intensitate a semnalului în fiecare locație este nevoie, de obicei, de o saturație destul de mare a emițătoarelor.

Locație falsă

Locația măsurată poate părea complet defectă. Acesta este în general rezultatul unor modele operaționale simple pentru a compensa pluralitatea surselor de eroare. Se dovedește imposibil să se servească locația corectă după ignorarea erorilor.

Localizarea restantei

Timpul real nu este un brand înregistrat și nu are o calitate inerentă. O varietate de oferte de vele în acest termen. Deoarece mișcarea provoacă schimbări de locație, inevitabil timpul de latență pentru a calcula o nouă locație poate fi dominant în ceea ce privește mișcarea. Fie un sistem RTLS care necesită așteptarea de noi rezultate nu merită banii, fie conceptul operațional care solicită actualizări mai rapide de locație nu respectă abordarea sistemului ales.

Eroare de locație temporară

Locația nu va fi raportată niciodată cu exactitate , deoarece termenul în timp real și termenul de precizie contrazic direct în aspecte ale teoriei măsurătorilor, precum și termenul de precizie și termenul de cost contrazic în aspecte ale economiei. Aceasta nu este o excludere a preciziei, dar limitările cu viteză mai mare sunt inevitabile.

Eroare de locație constantă

Recunoașterea constantă a unei locații raportate, în afară de prezența fizică, indică, în general, problema insuficienței supra-determinării și a lipsei de vizibilitate de-a lungul a cel puțin unei legături de la ancore rezidente la transpondere mobile. Un astfel de efect este cauzat și de concepte insuficiente pentru a compensa nevoile de calibrare.

Locație jitter

Zgomotul din diferite surse are o influență neregulată asupra stabilității rezultatelor. Scopul de a oferi un aspect constant crește latența în contradicție cu cerințele în timp real.

Salt de locație

Deoarece obiectele care conțin masă au limitări pentru a sări, astfel de efecte sunt în mare parte dincolo de realitatea fizică. Salturile locației raportate care nu sunt vizibile cu obiectul în sine indică, în general, o modelare necorespunzătoare cu motorul de locație. Un astfel de efect este cauzat de schimbarea dominanței diferitelor răspunsuri secundare.

Locația creep

Localizarea obiectelor rezidente este raportată în mișcare, de îndată ce măsurile luate sunt influențate de reflecții ale traseului secundar cu o greutate crescândă în timp. Un astfel de efect este cauzat de o medie simplă, iar efectul indică o discriminare insuficientă a primelor ecouri.

Standarde

ISO / IEC

Problemele de bază ale RTLS sunt standardizate de Organizația Internațională pentru Standardizare și de Comisia Electrotehnică Internațională în conformitate cu seria ISO / IEC 24730. În această serie de standarde, standardul de bază ISO / IEC 24730-1 identifică termenii care descriu o formă de RTLS utilizată de un set de furnizori, dar nu cuprinde domeniul de aplicare complet al tehnologiei RTLS.

În prezent sunt publicate mai multe standarde:

  • ISO / IEC 19762-5: 2008 Tehnologia informației. Tehnici de identificare automată și captare de date (AIDC) - Vocabular armonizat - Partea 5: Sisteme de localizare
  • ISO / IEC 24730-1: 2014 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 1: Interfață de programare a aplicațiilor (API)
  • ISO / IEC 24730-2: 2012 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 2: Protocol de interfață aeriană de 2,4 GHz cu spectru de răspândire directă cu secvență directă (DSSS)
  • ISO / IEC 24730-5: 2010 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 5: Spectru de răspândire chirp (CSS) la o interfață aeriană de 2,4 GHz
  • ISO / IEC 24730-21: 2012 Tehnologia informației - Sisteme de localizare în timp real (RTLS) - Partea 21: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Protocol de interfață aer 2,4 GHz: Emițătoare care funcționează cu un singur cod spread și care utilizează o codificare de date DBPSK și schema de răspândire BPSK
  • ISO / IEC 24730-22: 2012 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 22: Spectru direct de secvență directă (DSSS) Protocol de interfață aer 2,4 GHz: Emițătoare care funcționează cu mai multe coduri de răspândire și care utilizează o codificare de date QPSK și Walsh a compensat schema de răspândire QPSK (WOQPSK)
  • ISO / IEC 24730-61: 2013 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 61: Frecvență de repetare a pulsului cu frecvență redusă Interfață aeriană cu bandă largă (UWB)
  • ISO / IEC 24730-62: 2013 Tehnologia informației. Sisteme de localizare în timp real (RTLS). Partea 62: Frecvență de repetare a impulsurilor cu rată mare Interfață aeriană cu bandă largă (UWB)

Aceste standarde nu stipulează nicio metodă specială de calculare a locațiilor și nici metoda de măsurare a locațiilor. Acest lucru poate fi definit în specificațiile pentru trilaterare, triangulare sau orice abordări hibride ale calculului trigonometric pentru modele plane sau sferice ale unei zone terestre.

INCITS

  • INCITS 371.1: 2003, Tehnologia informației - Sisteme de localizare în timp real (RTLS) - Partea 1: Protocol de interfață aer 2.4 GHz
  • INCITS 371.2: 2003, Tehnologia informației - Sisteme de localizare în timp real (RTLS) - Partea 2: Protocol de interfață aeriană de 433 MHz
  • INCITS 371.3: 2003, Tehnologia informației - Sisteme de localizare în timp real (RTLS) - Partea 3: Interfață de programare a aplicațiilor

Limitări și discuții suplimentare

În aplicația RTLS din industria asistenței medicale, au fost publicate diverse studii care discutau limitările RTLS adoptate în prezent. Tehnologiile utilizate în prezent RFID, Wi-Fi, UWB, toate bazate pe RFID sunt periculoase în sensul interferenței cu echipamentele sensibile. Un studiu realizat de dr. Erik Jan van Lieshout de la Centrul Medical Academic al Universității din Amsterdam publicat în JAMA ( Journal of the American Medical Equipment ) a afirmat că „RFID și UWB ar putea opri echipamentele pe care se bazează pacienții”, deoarece „RFID a cauzat interferențe în 34 din cele 123 de teste pe care le-au efectuat ”. Primul furnizor Bluetooth RTLS din industria medicală sprijină acest lucru în articolul lor: „Faptul că RFID nu poate fi utilizat în apropierea echipamentelor sensibile ar trebui să fie, în sine, un steag roșu pentru industria medicală”. Jurnalul RFID a răspuns acestui studiu, fără a-l nega, explicând mai degrabă soluția de caz real: „Studiul Purdue nu a arătat niciun efect atunci când sistemele de înaltă frecvență (UHF) au fost ținute la o distanță rezonabilă de echipamentele medicale. lifturile și ușile de deasupra dintre aripile spitalului sau departamentele pentru a urmări activele nu este o problemă ". Cu toate acestea, cazul „păstrării la o distanță rezonabilă” ar putea fi încă o întrebare deschisă pentru adoptatorii și furnizorii de tehnologie RTLS din facilitățile medicale.

În multe aplicații este foarte dificil și în același timp important să faci o alegere corectă între diverse tehnologii de comunicare (de exemplu, RFID, WiFi etc.) pe care RTLS le poate include. Deciziile greșite de proiectare luate în stadii incipiente pot duce la rezultate catastrofale pentru sistem și la o pierdere semnificativă de bani pentru remediere și reproiectare. Pentru a rezolva această problemă, a fost dezvoltată o metodologie specială pentru explorarea spațiului de proiectare RTLS. Acesta constă din pași precum modelarea, specificațiile cerințelor și verificarea într-un singur proces eficient.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare