Echtzeit-Ortungssystemssysteme (Real-Time Location Systems, RTLS) ermöglichen die digitale Verfolgung des Standortes und der Bewegungen physischer Gegenstände in großen Innenraumanlagen in Echtzeit. Als eine Art von Indoor-Positionierungssystem, nutzt RTLS vorrangig Radiofrequenz Technologien (RF) wie UWB, BLE und Chirp, aber auch drahtlose Geräte wie Tracking-Tags und Smartphones, gemeinsam mit anderen integrierten Komponenten, um kontinuierlich die Position von Personen und Objekten in Bereichen zu bestimmen, die GPS nicht erreichen kann. Dies liefert zuverlässig verwertbare Standortdaten, die verwendet werden können, um den Standort von wichtigen Mitarbeitern, Vermögenswerten, essentieller Ausrüstung und mehr auf einer Live-Indoor-Karte sichtbar zu machen; oder sie können in automatisierte Arbeitsabläufe und Systeme, wie z.B. IoT (Internet der Dinge)-fähige Sicherheitsanwendungen, Asset- und Supply-Chain-Management-Lösungen und mehr integriert werden.
Schätzungen zufolge hat die GPS-Technologie für die US-Privatwirtschaft ein Wirtschaftswachstum von über 1,4 Billionen Dollar (RTI International) erzielt, seit sie in den 1980er Jahren zugänglich gemacht wurde. RTLS erschließt für Innenräume und lokalisierte Bereiche, in denen GPS nicht effektiv ist, den gleichen Wert für die Standortlokalisierung, den GPS für den Außenbereich geschaffen hat. Echtzeit-Ortungssysteme sind eine der wichtigsten Grundlagen für digitale Innovation, digitale Zwillings-Technologie, IoT und Industrie 4.0, helfen Unternehmen im Gesundheitswesen, in der Fertigung, in Lagerhallen und in vielen weiteren Bereichen ihre physischen Abläufe zu transformieren, indem sie die Sicherheit erhöhen, die Effizienz steigern und so die Geschäftsergebnisse verbessern.
Echtzeit-Ortungssysteme können sich in ihrer spezifischen Funktionsweise zwar stark unterscheiden, aber alle RTLS nutzen ein Netzwerk aus miteinander verbundenen Hardware- und Softwarekomponenten, die den Standort von Personen und Objekten innerhalb eines festgelegten Bereichs verfolgen. Für die Ortung im Innenbereich nutzen Echtzeit-Ortungssysteme hauptsächlich RF-Technologien wie UWB, Bluetooth, Wi-Fi und Chirp, die eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Gruppe von Sendern, Empfängern oder Mehrzweck-Sende-/Empfangsgeräten ermöglichen, um den Standort des Zielobjekts zu bestimmen. Das Sendegerät, z. B. ein RF-Tracking-Tag oder ein Smartphone, übermittelt in kontinuierlichen Intervallen verschlüsselte RF-Daten oder Standort-"Blinks". RTLS-Empfänger innerhalb der Kommunikationsreichweite (Anker oder Lesegeräte), die an festen Positionen, z. B. an Wänden angebracht sind, empfangen und lesen die ankommenden Signale des Sendegeräts. Die von den Ankern empfangenen Standortdaten und bei bestimmten Anwendungen auch begleitende IoT-Daten (Temperatur, Batterie usw.), werden dann an die Ortungsserver-Software weitergeleitet, um die Position des Geräts zu berechnen.
Bei den verschiedenen RTLS-Technologien können unterschiedliche Techniken zur Standortbestimmung zum Einsatz kommen. Einige verwenden, neben anderen Ortungsmethoden, abstandsbasierte Berechnungen wie die Ankunftszeitdifferenz (Time Difference of Arrival), die in der Regel genauere Ergebnisse liefert als der Received Signal Strength Indicator/Empfangssignalstärke-Indikator (RSSI). RTLS-Systeme für Unternehmen können Tausende von georteten Objekten umfassen; der Lokalisierungsserver verarbeitet diese Informationen zeitgleich, um die Ortung zahlreicher Ziele in Echtzeit zu ermöglichen. Die abgeleiteten Standortdaten können dann verwendet werden, um den Standort der verfolgten Objekte auf einer Karte anzuzeigen, oder um sie in verschiedene Unternehmensbereiche zu integrieren, um eine Vielzahl von standortbezogenen Anwendungsfällen zu ermöglichen.
Einige Echtzeit-Ortungssysteme arbeiten auf der Grundlage von fest installierten Sendegeräten, wie z. B. Bluetooth Beacons, die in regelmäßigen Intervallen Signale aussenden, die von anderen BLE-fähigen Geräten, wie z.B. Smartphones erkannt werden können. Die Standortdaten der Beacons werden dann von diesen BLE-fähigen Geräten erfasst und an die Innenraum-Ortungsanlage weitergeleitet, um die Position des Geräts zu bestimmen und spezifische Abläufe auszulösen.
Zusätzlich zur Echtzeit-Standortverfolgung können RTLS-Komponenten auch Abstandsmessungen ermöglichen, indem die Kommunikation zwischen zwei Geräten, z. B. zwei Sendeempfänger-Tags, genutzt wird, um die relative Entfernung zwischen ihnen zu bestimmen und somit annäherungsbasierte Anwendungen zu realisieren.
TDoA verwendet UWB- oder Chirp-Anker, die an einer festen Position in einem Innenraum angebracht werden. Diese Anker erkennen und lokalisieren dann ein Sendegerät, z. B. einen Ortungs-Tag. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen die festen Anker genau synchronisiert werden, damit sie zeitlich exakt abgestimmt sind. Der Ortungs-Tag oder ein anderes Gerät, sendet in regelmäßigen Abständen Signale aus. Diese Signale werden von den Ankern innerhalb der Kommunikationsreichweite empfangen und von diesen mit einem Zeitstempel versehen. Alle mit einem Zeitstempel versehenen Daten werden dann an das zentrale IPS (Innenraumpositionierungs-System) oder RTLS gesendet.
Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten von jedem einzelnen Anker und die Unterschiede in den Ankunftszeiten bei den Ankern und berechnet mithilfe der Multilateration die Koordinaten des Tags. Diese Koordinaten können dann verwendet werden, um den Standort des Geräts auf einem Raumplan sichtbar zu machen oder je nach Anwendung, auch für andere Zwecke genutzt werden.
Während bei TDoA mehrere fest installierte Anker zusammenarbeiten, um den Standort eines mobilen Objekts zu bestimmen, wird beim Two-Way Ranging (TWR) in erster Linie die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen zwei Geräten, wie z. B. Smartphones oder Fahrzeug-Tags genutzt, um die Entfernung zwischen ihnen zu ermitteln. Dies ermöglicht das Erschaffen eines autonomen Kollisionserkennungssystems ohne zusätzliche Infrastruktur. Mit TWR beginnen zwei Geräte, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, zu rangieren und bestimmen die Entfernung zueinander, noch während sie miteinander kommunizieren. Die Zeit die ein Signal benötigt, um sich zwischen ihnen zu bewegen, wird dann mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert und zur Bestimmung ihrer relativen Positionen verwendet, häufig um eine Standortbezogene Kommunikation zu ermöglichen.
AoA ist eine fortschrittliche Ortungsmethode, die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Fingerprinting und RSSI eine höhere Genauigkeit bietet. Dies wird durch die Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Schnittstellen ermöglicht. Um die Richtung zu bestimmen sendet ein mobiles Objekt, z. B. ein Tag oder ein Beacon mit einer Einzelantenne, ein Signal an einen fest installierten RTLS-Sensor mit einem Multi-Antennen-Array. Die Phasenverschiebung der Mehrfachantennen, die sich aus dem Empfang des Signals ergibt, wird gemessen und berechnet, um den Winkel des mobilen Senders zu bestimmen und so einen Bereich einzugrenzen, in dem das zu lokalisierende Objekt treffsicher geortet werden kann.
Einer der Vorteile des AoA-Ansatzes besteht darin, dass er die Anzahl der erforderlichen Referenzpunkte reduziert. Anstelle von mindestens drei Sensoren, wie sie für jeden Multilaterationsansatz erforderlich sind, benötigt man nur zwei, um eine eindeutige Positionsbestimmung zu gewährleisten. Zusätzliche Referenzpunkte erhöhen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der berechneten Positionen. Die Indoor-Positionierung mittels AoA ist zwar genauer als die Signalstärkeverfahren, aber Lösungen, die diese Technik nutzen, kommen gerade erst auf den Markt.
Bei RSSI-basierten Anwendungen erkennen mehrere fest positionierte RTLS-Sensoren signalaussendende Geräte, sowie die Empfangsstärke des Signals. Diese von den Sensoren erfassten Standortdaten werden an den Lokalisierungsserver gesendet. Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten und verwendet Multilaterationsalgorithmen, um den Standort der signalaussendenden Geräte zu bestimmen. Alternativ kann auch die Signalstärke nahegelegener Sensoren in Relation zu einem drahtlosen Gerät verwendet werden, um den Standort des Geräts zu bestimmen.
Die Verwendung einer RSSI-basierten Methode mit Multilateration ist die am einfachsten zu implementierende und kostengünstigste Option für die Ortung in Innenräumen. Sie liefert jedoch keine hohe Positionsgenauigkeit, da sie der Signalabschwächung, -absorption, -reflexion und -interferenz unterliegt.
AWARD GEWINNER
IoT Evolution Asset Tracking Award
Inpixon RTLS wurde mit dem IoT Evolution Asset Tracking Award 2022 ausgezeichnet. Dieser Preis unterstreicht die herausragende Leistung und Innovation unserer IoT-Lösungen, die die Verfolgung von Anlagen zur Optimierung von Betriebsabläufen ermöglichen.
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