Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, và hệ thống vệ tinh định vị. Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) rất phát triển và đã được ứng dụng trong rất nhiều phần mềm và thiết bị. Các thiết bị không dây như điện thoại thông minh đã được cài đặt sẵn tính năng định vị toàn cầu GPS như một phần không thể thiếu.
Độ chính xác của GPS khi sử dụng ở môi trường ngoài trời (outdoor) là rất cao, tuy nhiên, hệ thống định vị toàn cầu GPS không thể cho một kết quả chính xác khi thiết bị ở trong môi trường trong nhà (indoor). Đặc biệt là các môi trường trong các toà nhà lớn như cao ốc, viện bảo tàng, trung tâm thương mại.
Định vị trong nhà đã trở thành một trong những chủ đề nghiên cứu được quan tâm nhiều trong những năm trở lại đây và đã có những hệ thống được thương mại hoá.
Nguồn trích dẫn: https://en.wikipedia.org/wiki/Indoor_positioning_system
Hệ thống định vị trong nhà (IPS) là gì?
Hệ thống định vị trong nhà Indoor Positioning System (IPS) là một mạng lưới các thiết bị và công nghệ được sử dụng để xác định vị trí người hoặc vật thể mà GPS hoạt động thiếu chính xác hoặc bị lỗi hoàn toàn như bên trong các tòa nhà nhiều tầng, sân bay, ngõ, nhà để xe và các vị trí dưới lòng đất. IPS chính là công nghệ định vị hỗ trợ cho GPS tại những khu vực nhỏ hơn, phức tạp hơn nhưng đòi hỏi độ chính xác cao hơn.
Các công nghệ định vị trong nhà
Có rất nhiều kỹ thuật và thiết bị và công nghệ được sử dụng để cung cấp định vị trong nhà, từ các thiết bị phổ thông có sẵn như điện thoại thông minh với ăng-ten WiFi và Bluetooth, Camera, máy ảnh kỹ thuật số dân dụng cho tới các hệ thống và công gnhe65 chuyên dụng nhơn như cảm biến, la bàn, đèn, sóng vô tuyến, từ trường, tín hiệu âm thanh và phân tích hành vi đều được sử dụng trong mạng IPS.
IPS được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?
IPS có ứng dụng rộng rãi trong các ngành thương mại, quân sự, bán lẻ và theo dõi hàng tồn kho. Có một số hệ thống thương mại trên thị trường, nhưng không có tiêu chuẩn cho hệ thống IPS. Thay vào đó, mỗi công trình lắp đặt được điều chỉnh theo kích thước không gian, vật liệu xây dựng, nhu cầu độ chính xác và giới hạn ngân sách.
Tại sao phải sử dụng IPS
Do sự suy giảm tín hiệu do vật liệu xây dựng gây ra, hệ thống định vị toàn cầu như GPS (Mỹ), GLONASS (Nga), GALILEO (Châu Âu), IRNSS (Ấn Độ), BEIDOU của (Trung Quốc), QZSS (Nhật Bản) dựa trên vệ tinh nói chung không thích hợp để thiết lập các vị trí trong nhà, vì vi sóng sẽ bị suy yếu và phân tán bởi mái nhà, tường và các vật thể khác.
Mặc dù các hệ thống định vị vệ tinh ngày càng được cải thiện, mạnh mẽ hơn và chính xác hơn ngay cả khi ở trong nhà. Nhưng vấn còn nhiều vấn đề khác như các phản xạ tại các bề mặt gây ra sự lan truyền đa đường dẫn đến các lỗi không thể kiểm soát. Chính những tác động này làm cho giải pháp định vị vệ tinh không còn khả thi và buộc phải áp dụng các hệ thống định vị trong nhà IPS khác cho các trường hợp cần thiết cần độ tin cậy cao.
Một loạt các phương pháp vật lý và toán học được áp dụng để bù đắp cho những vấn đề này. Việc sửa lỗi định vị tần số vô tuyến theo hướng đầy hứa hẹn được mở ra bằng cách sử dụng các nguồn thông tin điều hướng thay thế, chẳng hạn như đơn vị đo lường quán tính (IMU), camera một mắt bản địa hóa và lập bản đồ đồng thời (SLAM) và WiFi SLAM. Việc tích hợp dữ liệu từ các hệ thống định vị khác nhau với các nguyên tắc vật lý khác nhau có thể làm tăng độ chính xác và hiệu quả của giải pháp tổng thể.
Các nhiệm vụ cụ thể của IPS
Locating (xác định địa điểm)
IPS có thể dễ dàng xác định vị trí địa điểm hoặc khu vực của đối tượng khi đối chiếu với một dữ liệu địa phương như bản đồ hoặc GPS.
Positioning (xác định vị trí)
Xác định vị trí của đối tượng yêu cầu có độ chi tiết cao hơn như độ cao và hướng của đối tượng.
Tracking (Theo vết)
Các đối tượng khi định vị trong nhà có thể được theo vết theo thời gian thực để củng cố dữ liệu và tăng cường độ chính xác khi định vị.
Identification (Nhận dạng)
Thông qua các thiết bị cố định như vị trí gắn camera giám sát, thẻ từ ra vào cửa, truy cập wifi, cảm biến âm thanh, nhiệt độ… là các hình thức giúp nhận dạng đối tượng trong nhà bổ sung cho IPS.
Segregation (Phân tách)
Khi việc nhận dạng bao gồm sự kết hợp của nhiều hệ thống giống hoặc khác nhau, nhiều đối tượng trong khu vực nhận dạng sẽ cần một sự phân tác đảm bảo để xác định riêng rẽ từng đối tượng. Đây là một yêu cầu cao cấp và phức tạp hơn trong nhiệm vụ của IPS.
Các công nghệ IPS không dây
Bất kỳ công nghệ không dây nào cũng có thể được sử dụng để định vị. Nhiều hệ thống khác nhau tận dụng cơ sở hạ tầng không dây hiện có để định vị trong nhà. Có ba tùy chọn cấu trúc liên kết hệ thống chính cho cấu hình phần cứng và phần mềm, dựa trên mạng, dựa trên thiết bị đầu cuối và hỗ trợ thiết bị đầu cuối. Độ chính xác của vị trí có thể được tăng lên với chi phí lắp đặt và thiết bị cơ sở hạ tầng không dây.
Hệ thống định vị Wi-Fi (WPS)
Hệ thống định vị Wi-Fi (WPS) được sử dụng ở những nơi không đủ GPS . Kỹ thuật bản địa hóa được sử dụng để định vị với các điểm truy cập không dây dựa trên việc đo cường độ của tín hiệu nhận được (cường độ tín hiệu nhận được trong tiếng Anh là RSS) và phương pháp “lấy dấu vân tay”.
Các thông số điển hình hữu ích để xác định vị trí địa lý của điểm phát sóng Wi-Fi hoặc điểm truy cập không dây bao gồm SSID và địa chỉ MAC của điểm truy cập. Độ chính xác phụ thuộc vào số lượng vị trí đã được nhập vào cơ sở dữ liệu. Các dao động tín hiệu có thể xảy ra có thể làm tăng lỗi và độ không chính xác trong đường dẫn của người dùng.
Hệ thống định vị Bluetooth
Ban đầu, Bluetooth quan tâm đến khoảng cách xa gần chứ không phải về vị trí chính xác. Bluetooth không nhằm mục đích cung cấp vị trí được ghim như GPS, tuy nhiên, nó có thể được cải thiện để trở thành giải pháp định vị gần trong nhà (không phải giải pháp định vị trong nhà).
Một hệ thống có tên là iBeacon dựa trên Bluetooth LE do Apple Inc phát triển quảng bá là Hệ thống định vị trong nhà quy mô lớn dựa trên Bluetooth đã được triển khai và áp dụng trong thực tế.
Định vị bằng UWB (băng thông siêu rộng)
UWB là một giao thức không dây dành cho truyền thông hoạt động qua sóng vô tuyến. Độ chính xác cao và độ trễ thấp làm cho công nghệ UWB nổi bật hơn các công nghệ khác. Ngoài ra, khả năng xuyên thấu kính, bê tông và vật liệu gỗ, làm cho công nghệ này trở thành công nghệ thích hợp nhất cho môi trường trong nhà cho nhiều ngành công nghiệp. Hơn nữa, chủ sở hữu tòa nhà có thể thu được dữ liệu dựa trên vị trí chính xác hơn thì dữ liệu này có thể cung cấp thông tin chi tiết hơn để đạt được mức hiệu quả mới.
Hạn chế chính của UWB là nó yêu cầu cài đặt đặc biệt vì nó không khả dụng trong các tòa nhà hoặc trên điện thoại thông minh. Tuy nhiên, với những gì đã nói, chúng ta có thể dự đoán sự gia tăng của Apple Airtags đã trở thành một cú hit cho việc áp dụng IoT của ngành theo dõi tài sản tiêu dùng. Nhưng bạn nghĩ thế nào, liệu AirTags dựa trên UWB có tác động đến việc áp dụng IoT của các doanh nghiệp trong các ngành công nghiệp hay không?
Định vị bằng thẻ từ (RFID / NFC)
Nhận dạng tần số vô tuyến sử dụng các trường điện từ để truyền nhận dạng (ID) và theo dõi các thẻ gắn trên người hoặc đồ vật. Do phạm vi rất hạn chế, theo dõi RFID chỉ cho phép bản địa hóa tại chỗ. Do đó, không thể theo dõi tài sản liên tục vì công nghệ RFID cho phép xác định tài sản tại một thời điểm nhất định và một vị trí nhất định.
Khái niệm đơn giản về lập chỉ mục vị trí và báo cáo sự hiện diện cho các đối tượng được gắn thẻ, chỉ sử dụng nhận dạng cảm biến đã biết. Điều này ap dụng với hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến thụ động (RFID) / NFC , hệ thống này không báo cáo cường độ tín hiệu và các khoảng cách khác nhau của các thẻ đơn hoặc của nhiều thẻ và không gia hạn bất kỳ trước tọa độ vị trí đã biết của cảm biến hoặc vị trí hiện tại của bất kỳ thẻ nào. Khả năng hoạt động của các cách tiếp cận như vậy đòi hỏi một số lối đi hẹp để ngăn chặn việc đi qua ngoài phạm vi.
Công nghệ định vị Trilateration
Công nghệ định vị Trilateration sử dụng khoảng cách được tính toán giữa một số máy phát và máy thu để tính toán vị trí của máy phát sau. Khoảng cách được xác định bởi thuật toán RSSI hoặc ToF. RSSI là viết tắt của chỉ báo cường độ tín hiệu nhận được tương đối. Nó cho phép tính toán khoảng cách dựa trên sự suy giảm của sóng vô tuyến tuân theo định luật vật lý bình phương nghịch đảo. Ở đây, việc tính toán khoảng cách không liên quan đến phép tính phức tạp, nhưng do nhạy cảm với các chướng ngại vật như tường, cửa và thậm chí cả người nên độ chính xác rất kém.
Các công nghệ định vị không dây khác
- Hồng ngoại (IR): trước đây được bao gồm trong hầu hết các thiết bị di động
- Gen2IR (hồng ngoại thế hệ thứ hai)
- Giao tiếp ánh sáng khả kiến (VLC), như LiFi : có thể sử dụng các hệ thống chiếu sáng hiện có
- Siêu âm : sóng di chuyển rất chậm, dẫn đến độ chính xác cao hơn nhiều
- Mã QR: Đọc bằng máy ảnh trên điện thoại thông minh. Sau đó liên kết mã QR với vị trí chính xác trong tòa nhà.
Các công nghệ định vị khác
Các công nghệ phi vô tuyến có thể được sử dụng để định vị mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng không dây hiện có. Điều này có thể cung cấp độ chính xác cao hơn với chi phí thiết bị và lắp đặt đắt tiền.
Định vị từ tính
Định vị từ tính có thể cung cấp cho người đi bộ bằng điện thoại thông minh độ chính xác trong nhà từ 1–2 mét với mức độ tin cậy 90% mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng không dây bổ sung để định vị. Định vị từ tính dựa trên sắt bên trong các tòa nhà tạo ra các biến thể cục bộ trong từ trường Trái đất. Các chip la bàn chưa được tối ưu hóa bên trong điện thoại thông minh có thể cảm nhận và ghi lại các biến thể từ tính này để lập bản đồ các vị trí trong nhà.
Phép đo quán tính
Tính toán tử vong của người đi bộ và các phương pháp tiếp cận khác để định vị người đi bộ đề xuất một đơn vị đo lường quán tính do người đi bộ thực hiện bằng cách đo bước gián tiếp (đếm bước) hoặc theo phương pháp gắn chân, [54] đôi khi đề cập đến bản đồ hoặc các cảm biến bổ sung khác để hạn chế cảm biến bị trôi với điều hướng quán tính. Các cảm biến quán tính MEMS bị nhiễu bên trong dẫn đến sai số vị trí tăng dần theo thời gian. Để giảm sự gia tăng lỗi trong các thiết bị như vậy, phương pháp dựa trên Lọc Kalman thường được sử dụng. Tuy nhiên, để làm cho nó có khả năng tự xây dựng bản đồ, khung thuật toán SLAM[59] sẽ được sử dụng.
Các biện pháp quán tính thường bao hàm sự khác biệt của chuyển động, do đó vị trí được xác định với tích phân và do đó yêu cầu các hằng số tích hợp để cung cấp kết quả. Ước tính vị trí thực tế có thể được tìm thấy là mức tối đa của phân bố xác suất 2-d được tính toán lại ở mỗi bước có tính đến mô hình nhiễu của tất cả các cảm biến liên quan và các ràng buộc do tường và đồ nội thất đặt ra. Dựa trên chuyển động và hành vi đi bộ của người dùng, IPS có thể ước tính vị trí của người dùng bằng các thuật toán học máy.
Định vị dựa trên các điểm đánh dấu trực quan
Hệ thống định vị trực quan có thể xác định vị trí của thiết bị di động hỗ trợ camera bằng cách giải mã tọa độ vị trí từ các điểm đánh dấu trực quan. Trong một hệ thống như vậy, các điểm đánh dấu được đặt tại các vị trí cụ thể trong toàn bộ địa điểm, mỗi điểm đánh dấu mã hóa tọa độ của vị trí đó: vĩ độ, kinh độ và độ cao so với mặt sàn. Việc đo góc trực quan từ thiết bị đến điểm đánh dấu cho phép thiết bị ước tính tọa độ vị trí của chính nó liên quan đến điểm đánh dấu. Tọa độ bao gồm vĩ độ, kinh độ, mức độ và độ cao so với mặt sàn.
Vị trí dựa trên các đặc điểm hình ảnh đã biết
Tập hợp các ảnh chụp nhanh liên tiếp từ máy ảnh của thiết bị di động có thể xây dựng cơ sở dữ liệu hình ảnh phù hợp để ước tính vị trí tại một địa điểm. Sau khi cơ sở dữ liệu được xây dựng, một thiết bị di động di chuyển qua địa điểm có thể chụp ảnh nhanh có thể được nội suy vào cơ sở dữ liệu của địa điểm, mang lại tọa độ vị trí. Các tọa độ này có thể được sử dụng kết hợp với các kỹ thuật định vị khác để có độ chính xác cao hơn. Lưu ý rằng đây có thể là một trường hợp đặc biệt của sự kết hợp cảm biến trong đó một máy ảnh đóng vai trò của một cảm biến khác.
Tại sao các doanh nghiệp đầu tư vào hệ thống IPS?
Theo một báo cáo nghiên cứu của MarketsandMarkets, thị trường vị trí trong nhà toàn cầu dự kiến sẽ tăng lên gần 41 tỷ USD vào năm 2022 .
Dữ liệu thu được từ các hệ thống dựa trên IoT giúp hợp lý hóa các quy trình kinh doanh và thúc đẩy kết quả hữu hình. Đằng sau xu hướng toàn cầu để triển khai IPS là một số trình điều khiển, trong đó quan trọng nhất là:
- Thu hút khách hàng và tăng doanh số bán hàng từ tiếp thị vùng lân cận
- Tăng doanh thu bán hàng
- Tăng cường hiệu suất bán của các địa điểm
- Tạo sự tin tưởng, lòng trung thành của khách hàng
Tiếp theo, chúng tôi sẽ mô tả những lý do chính khiến các doanh nghiệp có xu hướng đầu tư vào hệ thống định vị trong nhà và cách chúng tác động đến tốc độ tăng trưởng và hiệu suất kinh doanh của họ.
Các khu vực ứng dụng IPS
Lợi ích chính của người tiêu dùng của việc định vị trong nhà là sự mở rộng của máy tính di động nhận biết vị trí trong nhà. Khi các thiết bị di động trở nên phổ biến, nhận thức về ngữ cảnh cho các ứng dụng đã trở thành ưu tiên của các nhà phát triển. Tuy nhiên, hầu hết các ứng dụng hiện nay đều dựa vào GPS và hoạt động kém trong nhà. Các ứng dụng được hưởng lợi từ vị trí trong nhà bao gồm:
- Nhà thông minh hoặc văn phòng thông minh
- Hỗ trợ tiếp cận cho người khiếm thị
- Thực tế tăng cường (AR)
- Khuôn viên trường học
- Các chuyến tham quan có hướng dẫn viên bảo tàng
- Trung tâm mua sắm , bao gồm cả đại siêu thị
- Nhà kho, xưởng, nhà máy
- Sân bay, nhà ga xe buýt , xe lửa và tàu điện ngầm.
- Bãi đậu xe , bao gồm cả những bãi đậu xe này trong đại siêu thị
- Quảng cáo được nhắm mục tiêu
- Dịch vụ mạng xã hội
- Bệnh viện
- Nhiều khách sạn
- Các môn thể thao
- Tàu du lịch
- Người máy trong nhà
- Du lịch
- Công viên giải trí
- Bãi đậu xe nhiều tầng
Công nghệ nào phù hợp với IPS của riêng bạn?
Trước khi chọn công nghệ phù hợp cho IPS, có ba điều chúng tôi khuyên bạn nên xem xét:
- Sự chính xác. Để xác định mức độ chính xác mà IPS của bạn cần, hãy suy nghĩ về sự cần thiết của việc định vị chính xác. Nếu nó không quan trọng trong trường hợp của bạn, thì chỉ cần sử dụng công nghệ với độ chính xác cấp phòng (RFID, RTLS hồng ngoại) là đủ. Nhưng nếu bạn cần dữ liệu chi tiết hơn, thì độ chính xác chính xác là mối quan tâm số một của bạn (Wi-Fi, UWB). Nhưng có một câu hỏi mới được đặt ra: làm thế nào để xác định cấp chính xác? Từ kinh nghiệm của chúng tôi, chúng tôi có thể nói rằng trong hầu hết các trường hợp, không gian quy mô lớn như nhà kho chứa nhiều mặt hàng và tài sản, cần độ chính xác chính xác. Và, ví dụ, đối với các bệnh viện hoặc sân bay nơi độ chính xác không đóng vai trò quan trọng, sẽ không hợp lý khi đầu tư vào các giải pháp chính xác như Wi-Fi hoặc băng thông siêu rộng, vì chúng đắt hơn nhiều.
- Sự tiêu thụ năng lượng. Thẻ dựa trên Wi-Fi và thẻ hồng ngoại ngốn điện, trong khi thẻ RFID và BLE không tiêu thụ nhiều năng lượng nhưng có thể tốn nhiều điện năng. Hơn nữa, thẻ RFID rất rẻ. Nhưng bạn cũng cần cân nhắc khuyết điểm: người đọc của họ rất đắt.
- Vùng phủ sóng. Với Wi-Fi và UWB, bạn có thể bao phủ một khu vực rộng (40-100m), tuy nhiên, nếu bạn cần một mạng các thẻ và neo, các giải pháp này không khả thi do nhu cầu cấu hình và bảo trì bổ sung ngày càng tăng. có khả năng ảnh hưởng đến chi tiêu của bạn. Ví dụ, BLE cung cấp phạm vi ngắn hơn đáng kể từ 5-10m, nhưng công nghệ này phù hợp cho tiếp thị vùng gần.
Tạm kết
Hệ thống định vị trong nhà là một giải pháp tuyệt vời để đầu tư. Có nhiều công nghệ khác nhau, việc lựa chọn công nghệ nào tùy thuộc vào nhu cầu của doanh nghiệp và ngân sách của bạn. Nếu bạn vẫn còn bất kỳ câu hỏi nào, hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi sẽ giúp bạn cân nhắc tất cả những ưu và nhược điểm của từng công nghệ.