Dank Industrie 4.0 können Sie feststellen, wo sich Ihre Objekte befinden und wann sie sich in Ihren Einrichtungen bewegen. Dies verbessert die Transparenz der Abläufe und hilft bei wichtigen Entscheidungen, die Kosten zu senken und den ROI zu steigern. Bei der Suche nach Echtzeit-Ortungssystemen (Real-Time Location Systems, RTLS) oder Ortungslösungen für Ihr Unternehmen gibt es verschiedene Hochfrequenztypen und -methoden, die verwendet und kombiniert werden können, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
In diesem Beitrag gehen wir auf die verschiedenen Arten von RF-Technologien ein, die für Echtzeit-Ortungssysteme verwendet werden, und wie sie zusammenarbeiten, um Synergien zu schaffen, die reale Probleme lösen.
Ultra-Wideband
Ultra-Wideband (UWB) ist eine hochmoderne RF-Technologie, die präzise Ortungsinformationen in einem RTLS liefert. Sie ist vor allem für ihre zentimetergenaue Genauigkeit und Zuverlässigkeit bekannt und arbeitet mit einer hohen Bandbreite über ein breites Frequenzspektrum.
Wie UWB Funktioniert
Die UWB-Ortung ist präzise, weil sie sehr hohe Datenraten über kurze Entfernungen übertragen kann. Es funktioniert hauptsächlich über Zeitdifferenz der Ankunft (TDoA), eine Methode zur Lokalisierung. Da TDoA Tausende von gleichzeitig empfangenen Blinksignalen verarbeiten kann, eignet es sich gut für den Einsatz in Unternehmen. UWB kann auch mit Zwei-Wege-Entfernungsmessung (Two Way Ranging, TWR) verwendet werden, einer weiteren Methode zur Bestimmung der relativen Position eines Objekts durch Kommunikation zwischen zwei Geräten.
Hauptmerkmale und Anwendungsfälle für UWB
UWB ist eine äußerst zuverlässige RF-Technologie, die den Standort von Objekten mit einer Genauigkeit von +/- 40 Zentimetern in nahezu Echtzeit bestimmen kann. Sie ist im Allgemeinen gut gegen Störungen geschützt und verbraucht nur sehr wenig Strom, was sie zu einer erschwinglichen Option macht, da manche Hardware jahrelang nicht ausgetauscht werden muss. UWB eignet sich am besten für die präzise Indoor-Ortung über kürzere Entfernungen (0-50 Meter); für größere Gebiete wären mehr Verankerungen erforderlich.
UWB eignet sich am besten für Situationen, in denen ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit erforderlich ist, z. B. für die genaue Ortung eines Objekts auf dem Weg durch ein Fließband in einer intelligenten Fabrik. Es kann auch verwendet werden, um Mitarbeiter zu verfolgen, die Personal-Tags tragen, und die Lokalisierung zu ermöglichen, die für Annäherungsmeldungen, Geofencing und Indoor-Navigation verwendet wird. Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Standortdaten der Schlüssel zur Erkennung von Engpässen, um Arbeitsabläufe zu optimieren.
Chirp Spread Spectrum (CSS)
Chirp Spread Spectrum, auch als Chirp bezeichnet, ist eine einzigartige RF-Technologie, die für RTLS-Anwendungen verwendet wird und für ihre Vorteile in Bezug auf Reichweite und Zuverlässigkeit bekannt ist.
Wie Chirp Funktioniert
Chirp kann die Ortung (TDoA) oder das Zwei-Wege-Entfernungsmessen nutzen, um Standortinformationen in einem RTLS mit metergenauer Genauigkeit zu übertragen. Da Chirp auf einer niedrigeren Frequenz arbeitet, wird es auch wegen seiner Zuverlässigkeit und seines starken Schutzes gegen Störungen eingesetzt, insbesondere in Sicherheitssituationen.
Hauptmerkmale und Anwendungsbereiche für Chirp
Chirp ist einzigartig, da es eine große Reichweite von 10-500 Metern und unter optimalen Bedingungen bis zu 1000 Metern bietet. Zusammen mit der Fähigkeit, nicht nur in Gebäuden, sondern auch im Freien zu arbeiten, eröffnet dies die Möglichkeit, in einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt zu werden, z. B. bei der Überwachung von Viehbeständen oder der Bewegung von Geräten in großen Einrichtungen.
Ein weiterer Vorteil von Chirp ist, dass Unternehmen im Gegensatz zu anderen RF-Typen keine Frequenzlizenz für die Verfolgung im Freien benötigen und sich daher keine Gedanken über die Einhaltung von Vorschriften machen müssen. Die große Reichweite von Chirp bedeutet auch, dass weniger Verankerungen erforderlich sind, wodurch es eine kostengünstigere Option unter den RF-Typen darstellt. Die Zuverlässigkeit und die niedrige Frequenz werden in industriellen Umgebungen wie dem Bergbau genutzt, wo ein starker Schutz gegen Störungen entscheidend ist.
Bluetooth Low Energy (BLE)
Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine weit verbreitete Hochfrequenztechnologie für die drahtlose Kommunikation, mit der sich der Standort von Objekten oder Personen in einem bestimmten Gebiet verfolgen lässt.
Wie BLE Funktioniert
BLE nutzt BLE-fähige Sensoren oder Beacons (Hardware, die Bluetooth-Signale aussendet), um Bluetooth-Geräte zu erkennen und zu lokalisieren. Wie bei Wi-Fi erfolgt die Signalübertragung bei Bluetooth hauptsächlich über den Received Signal Strength Indicator (RRSI). Mithilfe von RSSI können Geräte mit RTLS-Sensoren die Empfangsstärke des Signals eines Geräts erkennen, woraufhin Standortdaten gesammelt und an ein Ortungsmodul gesendet werden, um den Standort mithilfe von Multilateration zu bestimmen.
Hauptmerkmale und Anwendungsbereiche für BLE
Bluetooth ist in drahtlosen Geräten, Smartphones und Wearables weit verbreitet, was es zu einem beliebten RF-Typ macht. Da BLE-Beacons so klein sind, können sie an fester Infrastruktur oder an mobilen Geräten angebracht werden und eine Reihe von Anwendungsbereichen unterstützen, z. B. mobile Zahlungen, Smart Tags an Flughäfen, Zugangskontrolle an Türen und vieles mehr. Sie unterstützen die Kommunikation zwischen Geräten durch Annäherungsmeldungen (Proximity Messaging), indem sie Benutzern relevante Inhalte auf Grundlage der Uhrzeit oder ihres Standorts senden.
Im Einzelhandel könnten BLE-Beacons beispielsweise in einem Geschäft platziert werden, und wenn ein Kunde eine App für dieses Geschäft hat und es betritt, könnte er eine Nachricht mit einem Sonderangebot oder einem Rabatt erhalten. BLE wurde auch während der Pandemie eingesetzt. In vielen Ländern gab es Apps, die Benutzer darüber informierten, wenn sie in die Nähe einer mit COVID-19 infizierten Person kamen, indem sie BLE zwischen Geräten nutzten.
Bei der RSSI-basierten Verfolgung funktioniert Bluetooth jedoch nicht über große Entfernungen - es deckt hauptsächlich einen Bereich von 0-25 Metern ab. Denken Sie an die Verbindung von Kopfhörern mit einem Smartphone - je weiter sich der Benutzer von seinem Telefon entfernt, desto schwächer wird die Verbindung. Dies kann kostspielig werden, da mehr Infrastruktur benötigt wird, um eine größere Entfernung abzudecken. BLE ist außerdem störungsanfällig und daher weniger zuverlässig als andere RF-Typen, es sei denn, für den IPS wird ein großes Netz von Bluetooth-Beacons installiert. Aus diesem Grund sind Situationen, in denen eine Genauigkeit von 2 bis 4 Metern (auf Raumebene) ausreicht, am besten für BLE geeignet.
Wi-Fi
Wi-Fi ist der am weitesten verbreitete RF-Typ, was ihn für viele RTLS-Anwendungen wichtig macht. Wie BLE verwendet Wi-Fi RSSI zur Lokalisierung, unterscheidet sich aber in vielen anderen Aspekten wie der Reichweite.
Wie Wi-Fi funktioniert
Wi-Fi arbeitet mit RSSI und nutzt die Signalstärke, um die Entfernung eines Benutzers zu einem Wi-Fi Zugangspunkt zu bestimmen. Damit dieses System funktioniert, werden sowohl Wi-Fi-Zugangspunkte als auch Wi-Fi-fähige Sensoren benötigt, um Standortinformationen zu übertragen. Es ist vergleichbar mit einem Wi-Fi-Router (Zugangspunkt) und einem Smartphone (mit einem Wi-Fi-fähigen Sensor) bei den Nutzern zu Hause, nur in einem größeren Maßstab für ein RTLS. In einigen Fällen werden fortschrittlichere Wi-Fi-Positionsbestimmungsmethoden wie Ankunftswinkel (Angle of Arrival - AoA) und Flugzeit (Time of Flight - ToF) verwendet.
Hauptmerkmale und Anwendungsbereiche für Wi-Fi
Da Wi-Fi mit den meisten Smartphones und mobilen Geräten verwendet wird, ist es eine gute Möglichkeit, mit IPS über bereits vorhandene Wi-Fi-Zugangspunkte und -Infrastrukturen zu beginnen. Wi-Fi bietet eine Genauigkeit von unter 10 Metern und eine Reichweite von 0-50 Metern bei moderatem Stromverbrauch. Aufgrund der Verwendung von RSSI kann der Schutz vor Störungen schwächer sein, und es müssten mehr Zugangspunkte installiert werden, um einen großen Bereich abzudecken. Im Vergleich zu UWB und Chirp, die eine Latenzzeit von weniger als einer Millisekunde haben, benötigt Wi-Fi RTLS in der Regel 3-5 Sekunden, um Standortinformationen zu empfangen.
Wi-Fi hat eine höhere Leistung und Genauigkeit als BLE und ermöglicht eine größere Reichweite. Wie bei einem drahtlosen Gerät, das über Bluetooth mit Wi-Fi verbunden ist, bietet Bluetooth dem Benutzer eine begrenzte Bewegungsfreiheit, bevor die Verbindung unterbrochen wird, während Wi-Fi die Verbindung länger aufrechterhält. Wi-Fi eignet sich am besten für Anwendungsbereiche wie Geräteerkennung, Blue Dot Wayfinding mit Turn-by-Turn-Navigation, Proximity Messaging, Asset Tracking und mehr.
Radio-Frequenz-Identifikation (RFID)
RFID ist ein weiterer RF-Typ, der auf einem elektromagnetischen Feld basiert. Sie wird nicht nur bei RTLS eingesetzt, sondern ist eine Form der drahtlosen Kommunikation, die im täglichen Leben verwendet wird, z. B. bei kontaktlosen Zahlungen, dem Zugang zu Hotelzimmern, der Bestandsüberwachung und vielem mehr.
Wie RFID funktioniert
Es gibt zwei Arten von RFID: aktives RFID und passives RFID. Während passives RFID eine Positionierung über kurze Entfernungen ermöglicht und über elektromagnetische Wellen von einer Antenne mit Strom versorgt wird, funktioniert aktives RFID über größere Entfernungen und verfügt über eine eigene Stromquelle, bei der es sich in der Regel um eine Batterie handelt.
Hauptmerkmale und Anwendungsbereiche von RFID
RFID arbeitet im Allgemeinen mit einer Genauigkeit von 1 Meter, über eine Reichweite von 0,5 bis 3 Metern bei passiven RFID-Scannern und bis zu 10 Metern und mehr bei aktiver RFID. Passive Tags haben in der Regel keine Batterie und sind eine kostengünstige Option, wenn es nur um die Identifizierung und eine geringe Reichweite geht. Aktives RFID ist kostspieliger, da jeder Tag über eine eigene Batterie verfügt. Da die RFID-Tags jedoch nur einmal durch ein Signal ausgelöst werden und die restliche Zeit ausgeschaltet sind, kann ihre Batterielebensdauer recht lang sein.
Mit RFID können Daten über ein Objekt auf dem Tag gespeichert werden, was in Krankenhäusern oder im Einzelhandel nützlich ist, um Waren oder Geräte zu verfolgen. Wenn ein mit einem Tag versehener Gegenstand von hohem Wert beim Verlassen des Geschäfts ein Lesegerät passiert, kann es einen Alarm auslösen.
Nützliche Synergien bei RTLS und Entfernungsmessung
UWB & Chirp
Die Stärken von UWB liegen in der Genauigkeit, der Zuverlässigkeit und der breiten Verfügbarkeit auf dem Markt. Aufgrund seiner begrenzten Fähigkeiten und Reichweite im Freien ist UWB jedoch am effektivsten, wenn es mit der Chirp-RF-Technologie kombiniert wird. Durch die Kombination der großen Reichweite und des Einsatzes von Chirp im Freien mit der präzisen UWB-Ortung werden die Möglichkeiten eines RTLS-Systems erweitert und es wird hoch skalierbar.
Indoor- und Outdoor-Ortung
In einem intelligenten Logistikzentrum, im Hofmanagement oder in der Produktion kann Chirp zur Verfolgung von Fahrzeugen, Sicherheitspersonal und Prozessen im Außenbereich eingesetzt werden, während UWB den genauen Standort bestimmter Geräte und Waren mit Zentimetergenauigkeit bestimmen kann.
Dies eignet sich auch für Situationen wie Such- und Rettungseinsätze, bei denen die Outdoor-Fähigkeiten von Chirp dabei helfen können, die allgemeine Position von Personen bei einem Brand im Freien zu ermitteln, während UWB dabei helfen kann, den genauen Standort von Personen in Gebäuden zu ermitteln, sobald sich das Such- und Rettungsteam der geschätzten Position im Gebäude nähert.
Krankenhäuser und Gesundheitswesen
In bestimmten Umgebungen ist es möglicherweise nicht erforderlich, in jedem einzelnen Raum eine präzise Indoor-Ortung mit UWB durchzuführen. So kann ein Krankenhaus beispielsweise entscheiden, dass eine 1-2-Meter-Ortung mit Chirp für allgemeine Warteräume oder das Auffinden von Geräten wie Infusionspumpen und Beatmungsgeräten geeignet ist, während eine präzise Ortung nützlich wäre, um zu unterscheiden, ob sich Patienten in ihrem eigenen Krankenhausbett oder bereits auf dem Operationstisch befinden (was die Kosten für diesen Patienten verändert). Außerdem ließe sich auf diese Weise feststellen, welche Operationssäle genutzt werden, was der Optimierung der Arbeitsabläufe in einem Umfeld, in dem viel auf dem Spiel steht, zugute käme.
Damit dies funktioniert, werden Tags mit UWB- und Chirp-Technologie sowie verschiedene Verankerungen in verschiedenen Räumen benötigt, je nachdem, welche Präzision für die Standortverfolgung im jeweiligen Raum erforderlich ist.
Chirp & UWB with RFID
Bergbau
In industriellen Umgebungen, wie z. B. im Bergbau, ist Chirp eine großartige RF-Technologie, die für die Verfolgung von Personal, Ausrüstung und großen Maschinen eingesetzt werden kann, da sie eine große Reichweite hat und aufgrund ihrer geringen Bandbreite gut gegen Störungen geschützt ist. Eine Kombination aus Chirp und RFID könnte daher eine kosteneffiziente Kombination sein, um die Geräte eines einzelnen Bergbauarbeiters zu verfolgen, der in ein Bergwerk einsteigt.
Intelligente Warenwirtschaft
In einem großen Logistikzentrum oder einem Produktionsbereich kann die große Reichweite von Chirp genutzt werden, um mit Tags versehene Gabelstapler zu verfolgen. Da Gabelstapler jedoch oft mehrere große Paletten transportieren, kann es schwierig sein, ein genaues Objekt in einem großen Stapel oder die genaue Position einer Palette zu bestimmen. In diesem Fall könnte die Identifizierung von Objekten durch mit RFID-Tags versehene Paletten ergänzt werden, so dass jemand, der eine ganze Säule von Paletten mit einem RFID-Lesegerät scannt, hören kann, wie das Lesegerät einen Ton auslöst, wenn es auf den richtigen Tag trifft, der verfolgt wird.
Mit einer Kombination aus RFID und UWB oder Chirp wird daher eine genaue Regalidentifizierung für Paletten, Behälter, Kisten und verschiedene andere Objekte, die von Gabelstaplern transportiert werden, ermöglicht. Lagerhäuser, die über ein RTLS verfügen, können UWB auch für die genaue Ortung eines Gabelstaplers nutzen, um das Transportmanagement und die Routenoptimierung in ihren Einrichtungen zu verbessern. Wenn Objekte mit Tags versehen sind, erleichtert die Echtzeitortung von Gabelstaplern das Auffinden oder Einlagern von Paletten, zumal der digitale Zwilling der Palette auf einem Dashboard zugänglich ist.
BLE, Wi-Fi, GPS & IMU
BLE ist im Allgemeinen eine gute Technologie für die Konfiguration von Geräten über die allgegenwärtige drahtlose Kommunikation von Mobiltelefonen, um eine intuitive Interaktion mit den Geräten für die Einrichtung, Konfiguration und Wartung zu ermöglichen.
Wi-Fi kann in einigen Installationsumgebungen verwendet werden, um die Ethernet-Kabel der Verankerungen durch ein drahtloses Daten-Backbone zu ersetzen - allerdings bringt es eine gewisse Unzuverlässigkeit mit sich, die für diesen speziellen Einsatz akzeptabel sein muss.
Andere Technologien wie GPS und Trägheitsmessgeräte (IMU) können für bestimmte Anforderungen an den Rändern der Einsatzgebiete, in denen die RTLS-Infrastruktur nicht zu 100 % verfügbar ist, einen Mehrwert darstellen. Diese zusätzlichen Datenpunkte erhöhen die Geschwindigkeit oder ergänzen die Positionsinformationen der mit Tags versehenen Objekte und können dazu beitragen, die Standortdaten für nachfolgend ausgelöste Aktionen zu verfeinern.
Entfernungsmessung und Ortung (UWB oder Chirp)
Es gibt verschiedene Methoden, um eine Ortung in einem bestimmten Raum zu erreichen. Einige Unternehmen benötigen präzise Standortinformationen und einen Überblick über ihre gesamten Einrichtungen, andere wiederum benötigen Ortungsdaten, um in Sicherheitsszenarien schnelle Entscheidungen treffen zu können.
Time-Difference of Arrival (TDoA) ist eine Methode zur Standortverfolgung, bei der die Position eines markierten Objekts durch Analyse der unterschiedlichen Ankunftszeiten der von RTLS-Tags an feste Ankerpunkte gesendeten Signale berechnet wird. Das Two-Way Ranging (TWR) hingegen funktioniert so, dass zwei markierte Objekte, die sich in Reichweite zueinander befinden, sich gegenseitig Signale oder "Chirps" senden. Die relative Position der Objekte wird dann bestimmt, indem die Zeit ermittelt wird, die die Signale für die Übertragung zwischen den markierten Objekten benötigen, und mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert wird.
Inpixon bietet die einzigartige Möglichkeit, sowohl die Entfernungsmessung als auch die Standortverfolgung zu kombinieren, um eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen. Manche Unternehmen entscheiden sich für die Investition in Entfernungsmessung, um die Sicherheitsbestimmungen zu erfüllen, und fügen die Standortverfolgung hinzu, um einen ganzheitlichen Überblick über ihre Abläufe zu erhalten.
Ortung ist die Zukunft
Es gibt verschiedene Anwendungsfälle für RTLS und Entfernungsmessung, sei es die Verfolgung bestimmter Waren in einem Lager, die Verbesserung der Arbeitssicherheit in einem Bergwerk oder die Verhinderung von Diebstahl in einem Einzelhandelsgeschäft. Herauszufinden, welche Ortungstechnologie am besten zu den Anforderungen Ihres Unternehmens passt, kann eine schwierige Aufgabe sein, aber wir sind hier, um zu helfen. Möchten Sie mehr über RTLS erfahren? Sehen Sie sich unser Webinar über die 5 größten RTLS-Herausforderungen und deren Lösung an oder kontaktieren Sie uns noch heute.
