Системы определения местоположения в реальном времени ( RTLS ), также известные как системы слежения в реальном времени , используются для автоматического определения и отслеживания местоположения объектов или людей в реальном времени , обычно внутри здания или другой замкнутой области. Беспроводные метки RTLS прикрепляются к объектам или носятся людьми, и в большинстве RTLS фиксированные опорные точки получают беспроводные сигналы от меток для определения их местоположения. [1] Примеры систем определения местоположения в реальном времени включают отслеживание автомобилей на сборочной линии, определение местоположения поддонов с товарами на складе или поиск медицинского оборудования в больнице.
Физический уровень технологии RTLS часто представляет собой радиочастотную (РЧ) связь. В некоторых системах используется оптическая (обычно инфракрасная ) или акустическая (обычно ультразвуковая ) технология с радиочастотными метками RTLS или вместо них. А фиксированными контрольными точками могут быть передатчики , приемники или и то, и другое, что приводит к многочисленным возможным комбинациям технологий.
RTLS представляет собой разновидность локальной системы позиционирования и обычно не относится к GPS или отслеживанию мобильных телефонов . Информация о местоположении обычно не включает скорость, направление или пространственную ориентацию.
Термин RTLS был придуман (около 1998 г.) на выставке ID EXPO Тимом Харрингтоном (WhereNet), Джеем Вербом (PinPoint) и Бертом Муром (Automatic Identification Producers, Inc., AIM). Он был создан для описания и дифференциации новой технологии , которая не только обеспечивает возможности автоматической идентификации активных RFID- меток, но также добавляет возможность просмотра местоположения на экране компьютера. Именно на этой выставке компании PinPoint и WhereNet показали первые примеры коммерческой системы RTLS на базе радиосвязи. Хотя эта возможность ранее использовалась военными и правительственными учреждениями, технология была слишком дорогой для коммерческих целей. В начале 1990-х годов первые коммерческие системы RTLS были установлены в трех медицинских учреждениях США и были основаны на передаче и декодировании инфракрасных световых сигналов от активно передающих меток. С тех пор появилась новая технология, которая также позволяет применять RTLS к приложениям с пассивными метками.
RTLS обычно используются в помещениях и/или закрытых помещениях, например в зданиях, и не обеспечивают глобального покрытия, как GPS . Теги RTLS прикрепляются к мобильным объектам, таким как оборудование или персонал, для отслеживания или управления. Эталонные точки RTLS, которые могут быть передатчиками или приемниками, располагаются по всему зданию (или аналогичному объекту интереса), чтобы обеспечить желаемое покрытие тегами. В большинстве случаев, чем больше опорных точек RTLS установлено, тем выше точность определения местоположения, пока не будут достигнуты технологические ограничения.
Ряд разрозненных системных конструкций называются «системами определения местоположения в реальном времени». Два основных элемента проектирования системы расположены в узких точках и расположены в относительных координатах.
Самая простая форма обнаружения узкого места - это когда сигналы идентификации ближнего радиуса действия от движущейся метки принимаются одним фиксированным считывателем в сенсорной сети, что указывает на совпадение местоположения считывателя и метки. Альтернативно, идентификатор узкого места может быть получен движущейся меткой и затем передан, обычно через второй беспроводной канал, на процессор определения местоположения. Точность обычно определяется сферой, охватываемой досягаемостью передатчика или приемника в узкой точке. Использование направленных антенн или таких технологий, как инфракрасное или ультразвуковое излучение, которые блокируются перегородками комнаты, может поддерживать узкие места различной геометрии. [2]
Сигналы идентификации от метки принимаются множеством считывателей в сенсорной сети , а положение оценивается с использованием одного или нескольких алгоритмов определения местоположения, таких как трилатерация , мультилатерация или триангуляция . Аналогично, идентификационные сигналы от нескольких опорных точек RTLS могут быть получены тегом и переданы обратно в процессор определения местоположения. Локализация с использованием нескольких контрольных точек требует, чтобы были известны расстояния между контрольными точками в сенсорной сети, чтобы точно определить местоположение метки, и определение расстояний называется ранжированием .
Другой способ расчета относительного местоположения — использование мобильных тегов, взаимодействующих друг с другом. Затем метка(и) передаст эту информацию процессору местоположения.
Радиочастотная трилатерация использует предполагаемые расстояния от нескольких приемников для оценки местоположения метки. Радиотриангуляция использует углы, под которыми радиочастотные сигналы достигают нескольких приемников, для оценки местоположения метки. Многие препятствия, такие как стены или мебель, могут искажать расчетные показания дальности и угла, что приводит к различным качествам оценки местоположения. Определение местоположения на основе оценок часто измеряется с точностью для заданного расстояния, например, с точностью 90% для диапазона 10 метров.
Некоторые системы используют технологии определения местоположения, которые не могут проходить сквозь стены, например инфракрасные или ультразвуковые. Для правильной связи им требуется прямая видимость (или близкая прямая видимость). В результате они, как правило, более точны в помещении.
RTLS может использоваться во многих логистических или операционных областях для:
RTLS можно рассматривать как угрозу конфиденциальности, когда он используется для определения местонахождения людей. Недавно провозглашенное право человека на информационное самоопределение дает право предотвращать раскрытие своей личности и личных данных другим лицам, а также распространяется на раскрытие местоположения, хотя это обычно не относится к рабочему месту .
Несколько видных профсоюзов выступили против использования систем RTLS для отслеживания работников, назвав их «началом Большого Брата » и « вторжением в частную жизнь ». [5]
Современные технологии отслеживания местоположения можно использовать для определения пользователей мобильных устройств несколькими способами. Во-первых, поставщики услуг имеют доступ к сетевым и телефонным технологиям, которые могут определять местонахождение телефона в экстренных случаях. Во-вторых, историческое местоположение часто можно определить по записям поставщиков услуг. В-третьих, другие устройства, такие как точки доступа Wi-Fi или ловушки IMSI, можно использовать для отслеживания близлежащих мобильных устройств в режиме реального времени. Наконец, гибридные системы позиционирования сочетают в себе различные методы, пытаясь преодолеть недостатки каждого отдельного метода. [6]
Существует множество концепций и конструкций систем, обеспечивающих определение местоположения в режиме реального времени. [7]
Общая модель выбора наилучшего решения проблемы локации была построена в Университете Радбауд в Неймегене . [22] Многие из этих ссылок не соответствуют определениям, данным в международной стандартизации ISO/IEC 19762-5 [23] и ISO/IEC 24730-1. [24] Однако некоторые аспекты работы в режиме реального времени рассматриваются, а аспекты определения местоположения рассматриваются в контексте абсолютных координат.
В зависимости от используемой физической технологии для определения местоположения используется по крайней мере один, а часто и некоторая комбинация методов измерения дальности и/или угла:
На определение местоположения в реальном времени влияют различные ошибки. Многие из основных причин связаны с физикой системы локации и не могут быть устранены путем совершенствования технического оборудования.
Многие системы RTLS требуют прямой и четкой видимости. Для тех систем, где нет видимости от мобильных тегов до фиксированных узлов, поиск engine не даст никакого результата или будет недействительным . Это относится к определению местоположения спутников, а также к другим системам RTLS, таким как угол прибытия и время прибытия. Снятие отпечатков пальцев — это способ решить проблему видимости: если места в зоне отслеживания содержат отдельные отпечатки пальцев, прямая видимость не обязательно требуется. Например, если каждое местоположение содержит уникальную комбинацию показаний уровня сигнала от передатчиков, система определения местоположения будет работать правильно. Это справедливо, например, для некоторых решений RTLS на базе Wi-Fi. Однако наличие различных показателей мощности сигнала в каждом месте обычно требует довольно высокой насыщенности передатчиков.
Измеренное местоположение может оказаться совершенно ошибочным. Обычно это результат применения простых операционных моделей для компенсации множества источников ошибок. Невозможно указать правильное местоположение после игнорирования ошибок.
«Реальное время» не является зарегистрированным брендом и не имеет собственного качества. Под этим термином подпадают разнообразные предложения. Поскольку движение вызывает изменение местоположения, неизбежно время задержки для вычисления нового местоположения может быть доминирующим по отношению к движению. Либо система RTLS, требующая ожидания новых результатов, не стоит своих денег, либо операционная концепция, требующая более быстрого обновления местоположения, не соответствует подходу выбранной системы.
Местоположение никогда не будет сообщено точно , поскольку термин «реальное время» и термин « точность» прямо противоречат в аспектах теории измерений, а термин « точность» и термин « стоимость» противоречат аспектам экономики. Это не исключает точности, но ограничения, связанные с более высокой скоростью, неизбежны.
Постоянное распознавание сообщаемого местоположения, помимо физического присутствия, обычно указывает на проблему недостаточной переопределенности и отсутствия видимости по крайней мере на одном канале связи от резидентных якорей до мобильных транспондеров. Такой эффект вызван также недостаточностью концепций для компенсации потребностей в калибровке.
Шум от различных источников оказывает неравномерное влияние на стабильность результатов. Стремление обеспечить стабильный внешний вид увеличивает задержку, что противоречит требованиям реального времени.
Поскольку объекты, содержащие массу, имеют ограничения на прыжки, такие эффекты по большей части выходят за рамки физической реальности. Скачки заявленного местоположения, не видимые самим объектом, обычно указывают на неправильное моделирование с помощью механизма определения местоположения. Такой эффект обусловлен изменением доминирования различных вторичных реакций.
Сообщается о перемещении местонахождения находящихся объектов, как только принятые меры искажаются вторичными отражениями от траектории с увеличением веса с течением времени. Такой эффект вызван простым усреднением и свидетельствует о недостаточной дискриминации первых эхо-сигналов.
Основные вопросы RTLS стандартизированы Международной организацией по стандартизации и Международной электротехнической комиссией в рамках серии ISO/IEC 24730. В этой серии стандартов базовый стандарт ISO/IEC 24730-1 определяет термины, описывающие форму RTLS, используемую рядом поставщиков, но не охватывает весь объем технологии RTLS.
В настоящее время опубликовано несколько стандартов:
Эти стандарты не предусматривают какого-либо специального метода расчета местоположения или метода измерения местоположения. Это может быть определено в спецификациях трилатерации, триангуляции или любых гибридных подходов к тригонометрическим вычислениям для плоских или сферических моделей земной поверхности.
Что касается применения RTLS в сфере здравоохранения, были опубликованы различные исследования, в которых обсуждались ограничения принятого в настоящее время RTLS. Используемые в настоящее время технологии RFID, Wi-Fi, UWB, все на основе RFID опасны в смысле помех чувствительному оборудованию. В исследовании, проведенном доктором Эриком Яном ван Лисхаутом из Академического медицинского центра Амстердамского университета, опубликованном в JAMA ( Журнал американского медицинского оборудования ) [27], утверждается, что «RFID и UWB могут отключать оборудование, на которое полагаются пациенты», поскольку «RFID вызвали помехи в 34 из 123 проведенных ими тестов». Первый поставщик Bluetooth RTLS в медицинской отрасли поддерживает это в своей статье: «Тот факт, что RFID нельзя использовать рядом с чувствительным оборудованием, сам по себе должен быть красным флагом для медицинской промышленности». [28] Журнал RFID Journal отреагировал на это исследование, не отрицая его, а объясняя реальное решение: «Исследование Purdue не показало никакого эффекта, когда системы сверхвысокой частоты (УВЧ) находились на разумном расстоянии от медицинского оборудования. палатах, возле лифтов и над дверями между больничными крыльями или отделениями для отслеживания активов не является проблемой». [29] Однако вопрос о «соблюдении разумного расстояния» все еще может оставаться открытым вопросом для пользователей и поставщиков технологии RTLS в медицинских учреждениях.
Во многих приложениях очень сложно и в то же время важно сделать правильный выбор среди различных технологий связи (например, RFID, WiFi и т. д.), которые может включать RTLS. Неправильные проектные решения, принятые на ранних этапах, могут привести к катастрофическим результатам для системы и значительной потере денег на исправление и перепроектирование. Для решения этой проблемы была разработана специальная методика проектирования космического пространства RTLS. Он состоит из таких этапов, как моделирование, спецификация требований и проверка, в единый эффективный процесс. [30]