لماذا قد يكون النطاق العريض للغاية هو النجم المستقبلي لتحديد المواقع الداخلية؟

استعادت تقنية النطاق العريض للغاية (UWB)، التي طُرحت في ستينيات القرن الماضي، شعبيتها في السنوات الأخيرة. في البداية، طُرحت هذه التقنية لتطبيقات الاتصالات، ولكنها تُستخدم الآن أيضًا في تقنيات تحديد المواقع عالية الدقة، وخاصةً تحديد المواقع الداخلية، أي تحديد المواقع في الأماكن المغلقة. فهي تجمع بين وظائف تحديد المواقع والاتصالات في جهاز واحد، مما يضفي عليها مظهرًا عصريًا وجذابًا. وفي سبتمبر 2019، أعلنت شركة آبل خلال مؤتمرها عن هاتف iPhone 11 أنه مزود بشريحة U1. دخلت تقنية UWB سوق المستهلكين بهدوء. لماذا بهدوء؟ لأن آبل لم تُقدم أي معلومات عن هذه الشريحة الغامضة في المؤتمر الصحفي. ومع ذلك، قد يُمثل هذا حدثًا تاريخيًا في مجال تحديد المواقع الداخلية. ومن المتوقع أن تُظهر تقنية UWB إمكانياتها خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة.

ما هو تحديد المواقع بتقنية النطاق العريض للغاية؟ إليكم نبذة مختصرة. تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) هي تقنية اتصالات لا تعتمد على الموجة الحاملة، وتستخدم نبضات ضيقة غير جيبية بمستوى النانوثانية لنقل البيانات، مما يجعلها تغطي نطاقًا طيفيًا واسعًا. تستخدم تقنية تحديد المواقع UWB تقنية اتصالات النبضات واسعة النطاق، والتي تتميز بقدرة عالية على مقاومة التداخل وتقليل أخطاء تحديد المواقع. وقد ساهم ظهور تقنية تحديد المواقع الداخلية UWB في سد الفجوة في مجال تحديد المواقع عالي الدقة. تتميز هذه التقنية بعدم تأثرها بتلاشي القناة، وانخفاض كثافة الطاقة الطيفية للإشارات المرسلة، وانخفاض احتمالية اعتراضها، وانخفاض تعقيد النظام، كما أنها توفر دقة تحديد مواقع تصل إلى 0.1 متر.

على عكس الاتصالات اللاسلكية التقليدية، لا تستخدم تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) موجات حاملة، بل تنقل البيانات عبر إرسال واستقبال إشارات نبضية منخفضة الطاقة. وتُحدد المسافة بقياس زمن إرسال الإشارة، وذلك بحساب فرق زمن الإرسال بين جهازين. لذا، في المساحات الصغيرة، توفر تقنية UWB نتائج تحديد مواقع أكثر دقة من تقنيتي Wi-Fi وBluetooth. كما تُطلق عليها شركة Apple في صفحة تعريف المنتج باللغة الإنجليزية اسم "نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للاستخدام في غرفة المعيشة".

يتكون نظام تحديد المواقع الداخلي بتقنية النطاق العريض جدًا (UWB) عادةً من ثلاثة مكونات: أولًا، بطاقة تحديد المواقع بتقنية UWB. بطاقات تحديد المواقع عبارة عن بطاقات نشطة يمكن تصميمها بأشكال مختلفة وتثبيتها على الأشياء أو المركبات أو ارتدائها على الأشخاص. تتميز هذه البطاقات بتعدد استخداماتها في بيئات تطبيق متنوعة، حيث تصل دقة تحديد المواقع فيها إلى 5-10 سم. يتم استقبال إشارة نبضات UWB الصادرة من البطاقة وإرسالها عبر محطة تحديد المواقع الأساسية (مستشعر تحديد المواقع). لكل بطاقة رقم تعريف فريد، ويمكن ربط الأشياء المحددة من خلال هذا الرقم، مما يسمح لمحطة تحديد المواقع الأساسية (مستشعر تحديد المواقع) بتحديد الموقع الفعلي للبطاقة. مدة إرسال إشارة البطاقة قصيرة جدًا، مما يسمح بتحديد مواقع مئات أو حتى آلاف البطاقات في وقت واحد. ثانيًا، محطة تحديد المواقع الأساسية بتقنية UWB. تستطيع هذه المحطة تحديد موقع البطاقة من خلال تقنية قياس فرق وقت الوصول (TDOA)، وإرسال البيانات إلى وحدة التحكم بالشبكة وبرنامج محرك تحديد المواقع. تصل دقة قياس تحديد المواقع إلى مستوى السنتيمتر. ثالثًا، برنامج التطبيق. ينعكس برنامج التطبيق بشكل أساسي في وظائف النظام. يمكن أن تشمل الوظائف الأساسية لنظام تحديد المواقع الداخلي UWB ما يلي: توزيع الأفراد، وعرض توزيع الأشخاص الذين يرتدون علامات تحديد المواقع؛ مسارات حركة الأفراد، وعرض في الوقت الفعلي لمسار حركة فرد واحد أو أكثر من خلال خريطة إلكترونية؛ تتبع الأفراد المعينين، حيث يتم تبديل الخريطة تلقائيًا مع حركة العلامة، ويمكن رؤية الحالة الحالية للعلامة عن طريق تحريك الماوس فوقها؛ السياج الإلكتروني، وعرض حالة موقع الإنذار للشخص من خلال ألوان وأشكال مختلفة على الخريطة الإلكترونية المسطحة.

عملية تحديد المواقع الداخلية بتقنية النطاق العريض جدًا (UWB): أولًا، يرسل كل جهاز تحديد مواقع حزم بيانات بشكل متكرر ومتواصل عبر نبضات UWB. ثانيًا، تستقبل محطة تحديد المواقع الأساسية سلسلة نبضات UWB المرسلة من جهاز تحديد المواقع. ثالثًا، تستخدم كل محطة تحديد مواقع أساسية كاشف نبضات قصيرة عالي الحساسية لقياس وقت وصول حزمة البيانات إلى هوائي الاستقبال الخاص بجهاز تحديد المواقع. رابعًا، يعتمد محرك تحديد المواقع على بيانات المعايرة المرسلة من جهاز تحديد المواقع، ويحدد الفرق الزمني بين وصول الجهاز إلى محطات تحديد المواقع الأساسية المختلفة، ويستخدم تقنية تحديد المواقع ثلاثية النقاط وخوارزميات التحسين لحساب موقع الجهاز. خامسًا، عند استخدام محطة أساسية واحدة، يُستخدم عادةً خوارزمية زاوية الوصول (AOA). أما عند استخدام محطات أساسية متعددة، فيُستخدم غالبًا خوارزمية فرق وقت الوصول (TDOA).

تشمل المجالات الرئيسية لتطبيق تقنية تحديد المواقع الداخلية بتقنية النطاق العريض للغاية (UWB) ما يلي: أولاً، الأنفاق/ممرات الأنابيب/مترو الأنفاق. حيث يتم تتبع عمال البناء تلقائيًا في الوقت الفعلي، مع مراقبة موقع كل موظف ومسار نشاطه داخل النفق، بالإضافة إلى توزيع مواقع جميع العاملين فيه. وفي حالات الطوارئ، يمكن تحديد مواقع الأشخاص المحاصرين بسرعة، مما يُحسّن كفاءة عمليات الإنقاذ والسلامة. ثانيًا، مستودعات المركبات. حيث يتم تتبع الأصول والمخزون في الوقت الفعلي، وتحسين العمليات، وزيادة كفاءة البحث، وتقليل هدر الموارد. ثالثًا، صناعة البتروكيماويات. حيث يتم تحديد مواقع الأشخاص والمركبات والأشياء بدقة في الوقت الفعلي دون أي تأخير، مما يعكس بشكل فوري ومباشر ظروف الموقع وحالة العاملين في هذه الصناعة، ويُحسّن السلامة والكفاءة. رابعًا، المستشفيات/دور رعاية المسنين. حيث يتم الإدارة والتحكم الذكيان على مدار الساعة، وتوفير الحراسة الأمنية في جميع الأحوال الجوية، والتحليل الفوري لسلوك مقدمي الرعاية والزوار والمرضى/كبار السن، مما يُحسّن كفاءة الإدارة المُحسّنة للمستشفيات/دور رعاية المسنين. خامسًا، السجون/الأمن العام/القضاء. يُمكن لنظام تحديد المواقع الداخلي بتقنية النطاق العريض جدًا (UWB) إدارة دخول وخروج الأفراد، والاستعلام عن الموقع في الوقت الفعلي، والإشراف على المناطق المحظورة، والتحكم في مسافة العزل، وجدولة الأفراد، بالإضافة إلى رصد وجمع إحصائيات حول موقع الأفراد ومسار تنقلهم والمسافة التي قطعوها وسرعتهم. في الواقع، تتجاوز تطبيقات وخدمات تحديد المواقع الدقيقة بتقنية UWB الجوانب المذكورة أعلاه بكثير. فبفضل دقة تحديد المواقع وتتبع جميع الأشخاص والحيوانات والأصول والأشياء وعمليات الأحداث، يتمتع هذا النظام بآفاق نمو هائلة في مجالات الإنترنت الصناعي، والسلع الاستهلاكية، وإنترنت الأشياء. يُمكن لتقنية UWB أن تُصبح بمثابة مستشعر مكاني-زماني وشريك لا غنى عنه لإنترنت الأشياء والبيانات الضخمة. وتتمتع هذه التقنية بآفاق واعدة في مجالات متعددة، منها تحديد المواقع الداخلي عالي الدقة، وتحديد المواقع المتكامل الداخلي والخارجي، وابتكارات تكامل الملاحة والاتصالات.