Lokaliseringssystem i realtid

Realtidslokaliseringssystem ( RTLS ), även känd som realtidsspårningssystem , används för att automatiskt identifiera och spåra platsen för objekt eller personer i realtid , vanligtvis inom en byggnad eller annat inneslutet område. Trådlösa RTLS-taggar fästs på föremål eller bärs av människor, och i de flesta RTLS tar fasta referenspunkter emot trådlösa signaler från taggar för att bestämma var de befinner sig. Exempel på lokaliseringssystem i realtid inkluderar spårning av bilar genom ett löpande band, lokalisering av lastpallar med varor i ett lager eller att hitta medicinsk utrustning på ett sjukhus.

Det fysiska lagret av RTLS-teknik är ofta radiofrekvenskommunikation (RF). Vissa system använder optisk (vanligtvis infraröd ) eller akustisk (vanligtvis ultraljud ) teknik med, eller i stället för, RF. RTLS-taggar och fasta referenspunkter kan vara sändare , mottagare eller båda, vilket resulterar i många möjliga teknologikombinationer.

RTLS är en form av lokalt positioneringssystem och hänvisar vanligtvis inte till GPS eller mobiltelefonspårning . Platsinformation inkluderar vanligtvis inte hastighet, riktning eller rumslig orientering.

Ursprung

Termen RTLS skapades (cirka 1998) på ID EXPO-mässan av Tim Harrington (WhereNet), Jay Werb (PinPoint) och Bert Moore (Automatic Identification Manufacturers, Inc., AIM). Den skapades för att beskriva och särskilja en framväxande teknologi som inte bara tillhandahöll de automatiska identifieringsmöjligheterna för aktiva RFID- taggar, utan också lade till möjligheten att se platsen på en datorskärm. Det var på denna show som de första exemplen på ett kommersiellt radiobaserat RTLS-system visades av PinPoint och WhereNet. Även om denna förmåga tidigare hade använts av militära och statliga myndigheter, hade tekniken varit för dyr för kommersiella ändamål. I början av 1990-talet installerades de första kommersiella RTLS på tre sjukvårdsinrättningar i USA och baserades på överföring och avkodning av infraröda ljussignaler från aktivt sändande taggar. Sedan dess har ny teknologi dykt upp som även gör att RTLS kan appliceras på passiva taggapplikationer.

Lokalisera koncept

RTLS används vanligtvis i inomhus och/eller begränsade områden, som byggnader, och ger inte global täckning som GPS . RTLS-taggar fästs på mobilartiklar som ska spåras eller hanteras. RTLS-referenspunkter, som kan vara antingen sändare eller mottagare, är fördelade i en byggnad (eller liknande område av intresse) för att ge önskad taggtäckning. I de flesta fall, ju fler RTLS-referenspunkter som är installerade, desto bättre platsnoggrannhet, tills de tekniska begränsningarna uppnås.

Ett antal olika systemdesigner kallas alla för "lokaliseringssystem i realtid". Två primära systemdesignelement är lokalisering vid drosselpunkter och lokalisering i relativa koordinater.

Placering vid chokepunkter

Den enklaste formen av chokepunktslokalisering är där kortdistans-ID-signaler från en rörlig tagg tas emot av en enda fast läsare i ett sensoriskt nätverk, vilket indikerar lokaliseringssammanfallen mellan läsare och tagg. Alternativt kan en chokepunktidentifierare tas emot av den rörliga etiketten och sedan vidarebefordras, vanligtvis via en andra trådlös kanal, till en lokaliseringsprocessor. Noggrannhet definieras vanligtvis av sfären som sträcker sig över räckvidden för chokepunktssändaren eller mottagaren. Användningen av riktade antenner, eller teknologier som infraröd eller ultraljud som blockeras av rumspartitioner, kan stödja chokepunkter med olika geometrier.

Lokalisering i relativa koordinater

ID-signaler från en tagg tas emot av ett flertal läsare i ett sensoriskt nätverk , och en position uppskattas med hjälp av en eller flera lokaliseringsalgoritmer, såsom trilateration , multilateration eller triangulering . På motsvarande sätt kan ID-signaler från flera RTLS-referenspunkter tas emot av en tagg och skickas tillbaka till en lokaliseringsprocessor. Lokalisering med flera referenspunkter kräver att avstånden mellan referenspunkterna i det sensoriska nätverket är kända för att exakt lokalisera en tagg, och bestämningen av avstånden kallas avstånd .

Ett annat sätt att beräkna relativ plats är via mobiltaggar som kommunicerar med varandra. Taggen/taggen kommer sedan att vidarebefordra denna information till en lokaliseringsprocessor.

Platsnoggrannhet

RF-trilateration använder uppskattade avstånd från flera mottagare för att uppskatta platsen för en tagg. RF-triangulering använder vinklarna med vilka RF-signalerna kommer till flera mottagare för att uppskatta platsen för en tagg. Många hinder, såsom väggar eller möbler, kan förvränga den uppskattade räckvidden och vinkelavläsningarna, vilket leder till olika kvaliteter på platsuppskattningen. Uppskattningsbaserad lokalisering mäts ofta i noggrannhet för ett givet avstånd, till exempel 90 % exakt för 10 meters räckvidd.

Vissa system använder lokaliseringstekniker som inte kan passera genom väggar, till exempel infraröd eller ultraljud. Dessa kräver siktlinje (eller nära siktlinje) för att kommunicera korrekt. Som ett resultat tenderar de att vara mer exakta i inomhusmiljöer.

Ansökningar

RTLS kan användas inom många logistiska eller operativa områden för att:

  • lokalisera och hantera tillgångar inom en anläggning, som att hitta en felplacerad verktygsvagn i ett lager eller medicinsk utrustning på ett sjukhus
  • skapa meddelanden när ett objekt rör sig, till exempel en varning om en verktygsvagn lämnat anläggningen
  • kombinera identiteten för flera föremål placerade på en enda plats, till exempel på en pall
  • lokalisera kunder, till exempel på en restaurang, för leverans av mat eller service
  • upprätthålla korrekta personalnivåer i operativa områden, som att se till att vakterna finns på rätt platser i en kriminalvårdsanstalt
  • snabbt och automatiskt redogöra för all personal efter eller under en akut evakuering
  • Toronto General Hospital tittar på RTLS för att minska karantäntiderna efter ett utbrott av infektionssjukdomar. Efter ett nyligen inträffat SARS- utbrott sattes 1 % av all personal i karantän. Med RTLS skulle de ha mer exakta uppgifter om vem som hade exponerats för viruset, vilket potentiellt skulle minska behovet av karantäner.
  • hjälpa till med processförbättringsinsatser genom att automatiskt spåra och tidsstämpla utvecklingen av människor eller tillgångar genom en process, till exempel att följa en patients akutmottagning, väntetid, tid i operationssalen och total tid fram till utskrivning
  • hjälp med att tillhandahålla sjukvård genom personal- och patientövervakning och leverans av rätt utrustning för användning i vissa situationer eftersom tekniken eliminerar långa timmar med lagring av manuella rapporter, ringning, lokalisering av personal och utrustning
  • hjälp med akut vårdkapacitetshantering genom lokalisering av klinisk vård
  • tillhandahålla Wayfinding för gäster i en anläggning, som sjukhus och arenor
  • förhindra bortförande av barn genom att larma eller larma om ett spädbarn lämnar gränsen till ett sjukhuss förlossningscenter

Integritetsfrågor

RTLS kan ses som ett hot mot integriteten när det används för att fastställa var människor befinner sig. Den nyligen deklarerade mänskliga rätten till informellt självbestämmande ger rätten att förhindra att ens identitet och personuppgifter lämnas ut till andra och omfattar även utlämnande av ort, även om detta i allmänhet inte gäller arbetsplatsen .

Flera framstående fackföreningar har uttalat sig mot användningen av RTLS-system för att spåra arbetare och kallat dem "början på Big Brother " och "en intrång i privatlivet ".

Aktuell platsspårningsteknik kan användas för att lokalisera användare av mobila enheter på flera sätt. För det första har tjänsteleverantörer tillgång till nätverksbaserad och telefonbaserad teknik som kan lokalisera en telefon i nödsituationer. För det andra kan historisk plats ofta urskiljas från tjänsteleverantörens register. För det tredje kan andra enheter som Wi-Fi-hotspots eller IMSI-fångare användas för att spåra närliggande mobila enheter i realtid. Slutligen kombinerar hybridpositioneringssystem olika metoder i ett försök att övervinna varje enskild metods brister.

Typer av teknik som används

Det finns en mängd olika systemkoncept och design för att ge lokalisering i realtid.

En generell modell för val av den bästa lösningen för ett lokaliseringsproblem har konstruerats vid Radboud-universitetet i Nijmegen . Många av dessa referenser överensstämmer inte med definitionerna i internationell standardisering med ISO/IEC 19762-5 och ISO/IEC 24730-1. Vissa aspekter av realtidsprestanda betjänas dock och aspekter av lokalisering tas upp i sammanhang med absoluta koordinater.

Rangering och vinkling

Beroende på den fysiska tekniken som används, används minst en och ofta någon kombination av avstånds- och/eller vinklingsmetoder för att bestämma platsen:

Fel och noggrannhet

Lokalisering i realtid påverkas av en mängd olika fel. Många av de främsta orsakerna hänför sig till lokaliseringssystemets fysik och kanske inte reduceras genom att förbättra den tekniska utrustningen.

Inget eller inget direkt svar

Många RTLS-system kräver direkt och fri sikt. För de system där det inte finns någon synlighet från mobiltaggar till fasta noder kommer det inte att finnas något resultat eller ett ogiltigt resultat från lokalisering av motorn . Detta gäller såväl satellitlokalisering som andra RTLS-system som ankomstvinkel och ankomsttid. Fingeravtryck är ett sätt att övervinna synlighetsproblemet: Om platserna i spårningsområdet innehåller distinkta mätfingeravtryck behövs inte nödvändigtvis siktlinje. Till exempel, om varje plats innehåller en unik kombination av signalstyrkeavläsningar från sändare kommer lokaliseringssystemet att fungera korrekt. Detta gäller till exempel med vissa Wi-Fi-baserade RTLS-lösningar. Men att ha distinkta signalstyrka fingeravtryck på varje plats kräver vanligtvis en ganska hög mättnad av sändare.

Falsk plats

Den uppmätta platsen kan verka helt felaktig. Detta är i allmänhet ett resultat av enkla operationsmodeller för att kompensera för flertalet felkällor. Det visar sig omöjligt att betjäna rätt plats efter att ha ignorerat felen.

Lokalisera eftersläpning

Realtid är inget registrerat varumärke och har ingen inneboende kvalitet. En mängd olika erbjudanden går under denna term. Eftersom rörelse orsakar platsförändringar kan oundvikligen latenstiden för att beräkna en ny plats vara dominerande med avseende på rörelse. Antingen är ett RTLS-system som kräver att man väntar på nya resultat inte värt pengarna eller så överensstämmer inte det operativa konceptet som kräver snabbare platsuppdateringar med det valda systemets tillvägagångssätt.

Tillfälligt platsfel

Plats kommer aldrig att rapporteras exakt , eftersom termen realtid och termen precision direkt motsäger aspekter av mätteori, såväl som termen precision och termen kostnad motsäger ekonomiska aspekter. Det utesluter inte precision, men begränsningarna med högre hastighet är oundvikliga.

Fast platsfel

Att känna igen en rapporterad plats stadigt bortsett från fysisk närvaro indikerar generellt problemet med otillräcklig överbestämmande och utebliven sikt längs åtminstone en länk från inhemska ankare till mobila transpondrar. Sådan effekt orsakas också av otillräckliga koncept för att kompensera för kalibreringsbehov.

Plats jitter

Buller från olika källor har en oregelbunden inverkan på resultatens stabilitet. Målet att ge ett stadigt utseende ökar latensen i motsats till realtidskraven.

Plats hoppa

Eftersom föremål som innehåller massa har begränsningar att hoppa, är sådana effekter för det mesta bortom den fysiska verkligheten. Hopp av rapporterad plats som inte är synliga med själva objektet indikerar i allmänhet felaktig modellering med platsmotorn. Sådan effekt orsakas av förändrad dominans av olika sekundära svar.

Plats krypning

Placering av bosatta objekt rapporteras i rörelse, så snart de vidtagna åtgärderna påverkas av sekundära vägreflektioner med ökande vikt över tiden. Sådan effekt orsakas av enkel medelvärdesberäkning och effekten indikerar otillräcklig diskriminering av första ekon.

Standarder

ISO/IEC

De grundläggande frågorna om RTLS är standardiserade av International Organization for Standardization och International Electrotechnical Commission under ISO/IEC 24730-serien. I denna serie av standarder identifierar grundstandarden ISO/IEC 24730-1 termerna som beskriver en form av RTLS som används av en uppsättning leverantörer men omfattar inte hela omfattningen av RTLS-teknik.

För närvarande publiceras flera standarder:

  • ISO/IEC 19762-5:2008 Informationsteknik – Automatisk identifiering och datainsamling (AIDC) – Harmoniserat ordförråd – Del 5: Lokaliseringssystem
  • ISO/IEC 24730-1:2014 Informationsteknik — Lokaliseringssystem i realtid (RTLS) — Del 1: Applikationsprogrammeringsgränssnitt (API)
  • ISO/IEC 24730-2:2012 Informationsteknik — Realtidslokaliseringssystem (RTLS) — Del 2: Direktsekvensspridningsspektrum (DSSS) 2,4 GHz luftgränssnittsprotokoll
  • ISO/IEC 24730-5:2010 Informationsteknik — Lokaliseringssystem i realtid (RTLS) — Del 5: Chirp spread spectrum (CSS) vid 2,4 GHz luftgränssnitt
  • ISO/IEC 24730-21:2012 Informationsteknik — Realtidslokaliseringssystem (RTLS) — Del 21: Direktsekvensspridningsspektrum (DSSS) 2,4 GHz luftgränssnittsprotokoll: Sändare som arbetar med en enda spridningskod och använder en DBPSK-datakodning och BPSK spridningsschema
  • ISO/IEC 24730-22:2012 Informationsteknik — Realtidslokaliseringssystem (RTLS) — Del 22: Direktsekvensspridningsspektrum (DSSS) 2,4 GHz luftgränssnittsprotokoll: Sändare som arbetar med flera spridningskoder och använder en QPSK-datakodning och Walsh offset QPSK (WOQPSK) spridningsschema
  • ISO/IEC 24730-61:2013 Informationsteknik — Realtidslokaliseringssystem (RTLS) — Del 61: Lågfrekvenspulsrepetitionsfrekvens Ultra Wide Band (UWB) luftgränssnitt
  • ISO/IEC 24730-62:2013 Informationsteknik — Realtidslokaliseringssystem (RTLS) — Del 62: Höghastighetspulsrepetitionsfrekvens Ultra Wide Band (UWB) luftgränssnitt

Dessa standarder anger inte någon speciell metod för beräkning av platser, inte heller metoden för att mäta platser. Detta kan definieras i specifikationer för trilateration, triangulering eller andra hybridmetoder för trigonometrisk beräkning för plana eller sfäriska modeller av ett markområde.

INCITERAR

  • INCITS 371.1:2003, Informationsteknik - Realtidslokaliseringssystem (RTLS) - Del 1: 2,4 GHz Air Interface Protocol
  • INCITS 371.2:2003, Informationsteknik - Realtidslokaliseringssystem (RTLS) - Del 2: 433-MHz Air Interface Protocol
  • INCITS 371.3:2003, Informationsteknik - Realtidslokaliseringssystem (RTLS) - Del 3: Application Programming Interface

Begränsningar och vidare diskussion

I RTLS-tillämpning inom hälso- och sjukvårdsindustrin har olika studier publicerats som diskuterar begränsningarna av den för närvarande antagna RTLS. För närvarande använda teknologier RFID, Wi-fi, UWB, alla RFID-baserade är farliga i betydelsen störningar med känslig utrustning. En studie utförd av Dr Erik Jan van Lieshout från Academic Medical Center vid University of Amsterdam publicerad i JAMA ( Journal of the American Medical Equipment ) hävdade att "RFID och UWB skulle kunna stänga av utrustning som patienter litar på" eftersom "RFID orsakade störningar i 34 av de 123 testerna de utförde”. Den första Bluetooth RTLS-leverantören inom medicinbranschen stödjer detta i sin artikel: "Det faktum att RFID inte kan användas nära känslig utrustning borde i sig vara en röd flagga för medicinindustrin". RFID Journal svarade på denna studie och förnekade den inte utan förklarade den verkliga lösningen: "Purdue-studien visade ingen effekt när ultrahögfrekventa (UHF) system hölls på rimligt avstånd från medicinsk utrustning. Så att placera läsare i grovkök, nära hissar och ovandörrar mellan sjukhusflyglar eller avdelningar för att spåra tillgångar är inget problem”. Men fallet med att ”hålla sig på rimligt avstånd” kan fortfarande vara en öppen fråga för RTLS-teknikanvändare och leverantörer i medicinska anläggningar.

I många applikationer är det mycket svårt och samtidigt viktigt att göra ett korrekt val bland olika kommunikationsteknologier (t.ex. RFID, WiFi, etc.) som RTLS kan inkludera. Felaktiga designbeslut som fattas i tidiga skeden kan leda till katastrofala resultat för systemet och en betydande förlust av pengar för fixering och omdesign. För att lösa detta problem utvecklades en speciell metodik för RTLS designutforskning av rymd. Den består av steg som modellering, kravspecifikation och verifiering till en enda effektiv process.

Se även

Vidare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Real-time_locating_system&oldid=1135314250 "