Dlaczego technologia ultraszerokopasmowa może być przyszłością pozycjonowania wewnątrz pomieszczeń?

Ultraszerokopasmowa technologia (UWB), zaproponowana w latach 1960. XX wieku, w ostatnich latach odzyskała popularność. Pierwotnie UWB została wprowadzona w kierunku technologii aplikacji komunikacyjnych, ale obecnie jest również wprowadzana z technologią pozycjonowania o wysokiej precyzji, zwłaszcza pozycjonowania wewnątrz pomieszczeń, czyli technologii pozycjonowania przestrzennego bez ekspozycji. Integruje funkcje pozycjonowania i komunikacji w jedną całość, dzięki czemu wygląda szczególnie modnie, przyjemnie i atrakcyjnie. Szczególnie we wrześniu 2019 roku konferencja Apple poświęcona iPhone'owi 11 ogłosiła, że ​​został on wyposażony w układ U1. UWB po cichu wkroczyło na rynek konsumencki. Dlaczego po cichu? Ponieważ Apple nie przedstawiło tego tajemniczego układu na konferencji prasowej. Może to jednak być epokowe wydarzenie dla pozycjonowania wewnątrz pomieszczeń. Szacuje się, że UWB pokaże swoje talenty w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat.

Czym jest pozycjonowanie ultraszerokopasmowe? Oto krótkie wprowadzenie. UWB (Ultra Wide Band) to technologia ultraszerokopasmowa. Jest to technologia komunikacji beznośnej, która wykorzystuje nanosekundowe, niesinusoidalne, wąskie impulsy do transmisji danych, dzięki czemu zajmuje szerokie pasmo częstotliwości. Pozycjonowanie UWB wykorzystuje szerokopasmową technologię komunikacji impulsowej, która charakteryzuje się wysoką odpornością na zakłócenia i redukuje błędy pozycjonowania. Pojawienie się technologii pozycjonowania UWB do zastosowań wewnętrznych wypełniło lukę w dziedzinie precyzyjnego pozycjonowania. Jej zaletami są: niewrażliwość na zaniki sygnału w kanale, niska gęstość widmowa mocy transmitowanych sygnałów, niska zdolność przechwytywania, niska złożoność systemu oraz dokładność pozycjonowania 0.1 metra.

W przeciwieństwie do tradycyjnej komunikacji bezprzewodowej, UWB nie wykorzystuje fal nośnych, lecz przesyła dane poprzez wysyłanie i odbieranie sygnałów impulsowych o niskiej energii. Metoda pomiaru odległości opiera się na pomiarze czasu transmisji sygnału, co pozwala określić odległość poprzez obliczenie różnicy czasu transmisji sygnału między dwoma urządzeniami. Dzięki temu, na małym obszarze, UWB może zapewnić dokładniejsze wyniki pozycjonowania niż Wi-Fi i Bluetooth. Na anglojęzycznej stronie produktu Apple określa go również mianem „systemu GPS do użytku w salonie”.

System pozycjonowania UWB w pomieszczeniach zazwyczaj składa się z trzech komponentów: Po pierwsze, znacznika pozycjonującego UWB. Znaczniki pozycjonujące to aktywne znaczniki, które można formować w różnych kształtach i mocować na obiektach, pojazdach lub na osobach. Są wszechstronne w różnych zastosowaniach. Dokładność pozycjonowania sięga 5-10 cm. Sygnał impulsowy UWB emitowany przez znacznik jest odbierany i przesyłany przez stację bazową pozycjonującą (czujnik pozycjonujący). Każdy znacznik ma unikalny numer identyfikacyjny, a pozycjonowane obiekty mogą być łączone za pomocą tego numeru, dzięki czemu stacja bazowa pozycjonująca (czujnik pozycjonujący) może określić rzeczywistą pozycję za pomocą znacznika. Czas trwania sygnału transmisji znacznika jest bardzo krótki, co pozwala na jednoczesne pozycjonowanie setek, a nawet tysięcy znaczników; drugim komponentem jest stacja bazowa pozycjonująca UWB. Stacja bazowa pozycjonująca (czujnik pozycjonujący) może określić lokalizację znacznika za pomocą technologii pomiaru różnicy czasu przybycia (TDOA) i przesłać dane do sterownika sieciowego i oprogramowania silnika pozycjonującego. Dokładność pomiaru pozycji sięga centymetrów; trzecim komponentem jest oprogramowanie aplikacyjne. Oprogramowanie aplikacyjne odzwierciedla głównie funkcje systemu. Podstawowe funkcje systemu pozycjonowania wewnętrznego UWB obejmują: rozmieszczenie personelu, pokazujące rozmieszczenie osób noszących znaczniki pozycjonujące; trajektorie ruchu personelu, wyświetlające w czasie rzeczywistym jedną lub więcej trajektorii ruchu personelu na mapie elektronicznej; śledzenie wyznaczonego personelu, mapa automatycznie przełącza się wraz z ruchem znacznika, a jego aktualny status można sprawdzić, przesuwając mysz nad znacznikiem; elektroniczne ogrodzenie, pokazujące status alarmu danej osoby za pomocą różnych kolorów i kształtów na płaskiej mapie elektronicznej.

Proces pozycjonowania UWB wewnątrz pomieszczeń: Po pierwsze, każdy znacznik pozycjonujący wysyła ramki danych wielokrotnie i nieprzerwanie za pomocą impulsów UWB; po drugie, ciąg impulsów UWB wysłany przez znacznik pozycjonujący jest odbierany przez stację bazową pozycjonującą; po trzecie, każda stacja bazowa pozycjonująca używa detektora krótkich impulsów o wysokiej czułości do pomiaru przybycia ramki danych każdego znacznika pozycjonującego w czasie anteny odbiornika; po czwarte, moduł pozycjonujący odnosi się do danych kalibracyjnych wysłanych przez znacznik, określa różnicę czasu między dotarciem znacznika do różnych stacji bazowych pozycjonujących i wykorzystuje technologię pozycjonowania trzypunktowego oraz algorytmy optymalizacji do obliczenia położenia znacznika; po piąte, użycie pojedynczej stacji bazowej do pozycjonowania zazwyczaj wykorzystuje algorytm AOA ((kąt przybycia)). Podczas korzystania z pozycjonowania wielu stacji bazowych często używany jest algorytm TDOA (różnica czasu przybycia).

Główne obszary zastosowania pozycjonowania UWB wewnątrz budynków to: Po pierwsze, tunele/korytarze rurociągów/przejścia podziemne. Automatyczne śledzenie pracowników budowlanych w czasie rzeczywistym oraz śledzenie lokalizacji każdego pracownika i trajektorii jego aktywności w tunelu, a także rozmieszczenie wszystkich pracowników tunelu. W przypadku sytuacji awaryjnej można szybko uzyskać wiarygodne informacje o lokalizacji osób uwięzionych, co poprawia efektywność akcji ratowniczych i zapewnia bezpieczeństwo; po drugie, magazynowanie pojazdów. Śledzenie zasobów i zapasów w czasie rzeczywistym, usprawnianie procesów, zwiększanie efektywności poszukiwań i ograniczanie marnotrawstwa zasobów; po trzecie, przemysł petrochemiczny. Dokładne lokalizowanie osób, pojazdów i obiektów w czasie rzeczywistym bez opóźnień, intuicyjne i terminowe odzwierciedlanie warunków na miejscu i stanu personelu w przemyśle chemicznym oraz poprawa bezpieczeństwa i wydajności przemysłu petrochemicznego; po czwarte, szpitale/domy opieki. Całodobowe inteligentne zarządzanie i kontrola, całodobowa ochrona, analiza zachowań opiekunów, gości, pacjentów/osób ​​starszych w czasie rzeczywistym, poprawa efektywności zarządzania szpitalami/domami opieki; piątym obszarem są więzienia/bezpieczeństwo publiczne/sądy. System pozycjonowania wewnętrznego UWB może zarządzać wejściem i wyjściem personelu, wyszukiwać lokalizację w czasie rzeczywistym, nadzorować obszary zastrzeżone, kontrolować dystans izolacji, planować personel, a także monitorować i gromadzić statystyki dotyczące lokalizacji, trasy podróży, odległości i prędkości personelu. W rzeczywistości aplikacje i usługi precyzyjnego pozycjonowania UWB wykraczają daleko poza powyższe aspekty. Dzięki precyzyjnemu pozycjonowaniu i śledzeniu wszystkich osób, zwierząt, zasobów, obiektów i procesów zdarzeń, ma on duże perspektywy rozwoju w branżach Internetu przemysłowego, dóbr konsumpcyjnych i Internetu Rzeczy (IoT). UWB może stać się czujnikiem czasoprzestrzennym i niezbędnym partnerem dla Internetu Rzeczy i dużych zbiorów danych. Cieszy się opinią wschodzącej gwiazdy w wielu dziedzinach precyzyjnego pozycjonowania wewnątrz pomieszczeń, zintegrowanego pozycjonowania wewnątrz i na zewnątrz oraz innowacji w zakresie integracji nawigacji i komunikacji.