u-blox u-locate解决方案助力实现亚米级室内定位精度

作者

Magnus Johansson

u-blox短距离无线电产品战略高级产品经理

室内定位市场正在经历大幅增长，其应用领域涵盖物流、制造和医疗保健等行业。在部署室内定位系统时，必须考虑精度要求、成本、功耗、系统集成度和可扩展性等因素。

本文探讨了目前用于室内定位的各种实时定位系统(RTLS) 技术，每种技术都有其优点和局限性。文章介绍了蓝牙低功耗(LE) 5.1和u-blox的u-locate解决方案，该方案利用新标准的测向功能来提高精度。

室内定位市场

室内定位系统在物流和仓储领域中有许多应用。它们在内部物流中发挥着重要作用，可用于跟踪工具和车辆、简化操作和提高效率。资产跟踪和库存管理也是关键应用，使仓库能够保持货物和设备的准确记录，从而优化供应链。人员管理是室内定位技术的另一个重要领域，因为它有助于监控工作人员的行动并有效协调任务。

在制造业中，室内定位技术被用于物料跟踪，确保在生产过程中随时随地都能找到零部件。通过监控工人和机器的位置，室内定位技术还在维护区域安全方面发挥着至关重要的作用，以防止事故发生。此外，工具跟踪对提高运营效率也至关重要，而生产空间内的车队管理则可确保车辆得到最佳使用，减少闲置时间，提高生产率。

室内定位系统也使医疗保健行业受益匪浅。设备追踪可以提高资产利用率，减少寻找医疗设备的时间。病人跟踪系统通过监控病人在设施内的位置，加强了对病人的护理。通过室内定位，工作人员的管理和安全也得到了改善，确保医务人员在最需要的地方。此外，还可以通过跟踪工作人员的行动来监控卫生合规性，确保遵守适当的卫生协议，这在医疗环境中至关重要。

根据ABI Research的2023年第一季度报告，室内定位实时定位系统（RTLS）的市场前景十分广阔，如图 1 所示。报告预测，在2021年至2030年期间，硬件的复合年增长率（CAGR）为23.6%，服务的复合年增长率（CAGR）为28.6%，涵盖所有垂直行业。预计制造业的增长最为显著，硬件和服务的复合年增长率将分别达到32.6%和35.7%，这表明该领域在采用RTLS技术方面呈现出强劲的上升趋势。

图 1：基于RTLS的室内定位硬件和服务总收入[资料来源：u-blox根据ABI Research报告整理]

定位考虑因素和可选方案

评估几个关键因素以确保其满足您的特定要求，这一点在实施室内定位系统时至关重要。系统的精准度至关重要；您必须确定是否需要精确的定位资产位置，还是只需确定大致区域即可。此外，建立基础设施的财务影响、系统运行时的能效以及与现有系统的兼容性都是重要的考虑因素。同样重要的是要考虑资产标签的电池寿命，以及室内定位系统在整个运行寿命期间的可扩展性和可维护性。

当今市场上有多种室内定位技术，每种技术都有明显的优缺点。基于Wi-Fi的系统利用接收信号强度指示器（RSSI）（即指纹识别）来估算与接入点或路由器的距离，可与当前的基础设施无缝集成并提供广泛的覆盖范围。不过，它们往往需要更高的功率，而且定位精度有限，通常在5-10米左右。

相比之下，采用RSSI的蓝牙LE系统更具成本效益和能效，但其精度通常限制在5米左右。

对于需要更高精度的用户，超声波或飞行时间（ToF）技术可以提供很高的定位精度。尽管如此，这些技术的安装成本较高，而且对障碍物敏感，难以穿透墙壁或其他坚固结构。

超宽带(UWB) 定位技术因其超高的精准度而脱颖而出，能够将资产定位在10厘米以内，但其较高的设备成本和较大的功耗可能会让人望而却步。

互操作性是系统集成商的一个重要考虑因素，因为室内定位市场非常分散，每个供应商都有自己专有的应用编程接口（API）和数据格式。因此，主要的集成挑战涉及与现有系统的兼容性和基础设施的可扩展性。omlox 是一个新兴的标准，它统一了这一点，实现了灵活和适应性强的解决方案。其标准化的应用程序接口（API）便于集成，使安装能够在不同的技术中运行，并简化了整个集成过程。

在精度、能耗和成本之间找到平衡

蓝牙LE 5.1技术使您能够在精度、成本和功耗之间取得最佳平衡。蓝牙LE 5.1标准使用与蓝牙LE RSSI相同的芯片组系列（RSSI依赖于信号强度），增加了寻向功能，使您能够确定移动标签与固定锚点之间的信号传播方向。

在到达角（AoA）的情况下，锚点会推导出标签传输的传入信号的方向。另一方面，在离去角（AoD）情况下，标签会计算信号从锚点发出的角度。

虽然AoD为室内导航解决方案提供了优势，但如果不需要稳定的10厘米精度，而是希望使用电池寿命长的低成本标签获得低于1米的精度，蓝牙LE AoA则更适合用于室内定位系统（图 2）。

图 2：基于RTLS的室内定位系统的典型测量精度比较[来源：u-blox]

然而，部署基于蓝牙的室内定位系统的系统集成商需要一个简单的安装过程和支持工具，这样才能最大限度地降低安装成本。简化集成流程可降低开发成本，使您在赢得商机的同时保持合理的利润率。

u-blox u-locate介绍

u-blox u-locate解决方案采用灵活的模块化设计，可根据各种应用的具体要求进行定制。该系统由几个关键组件组成：作为定位中间件的u-locateHub；作为核心定位引擎的u-locateEngine；作为参考点的u-locateAnchor 点；以及用于资产跟踪的u-locateTags（图 3）。

图 3：u-blox u-locate的应用部署方式[来源：u-blox]

此外，u-blox还提供用户友好型移动应用程序，可直接进行配置，并配有全面的管理支持工具。它还提供可自动识别方向的锚点，简化了安装过程，大大缩短了产品上市时间。

此外，我们的u-locate解决方案与开放式定位标准omlox兼容，增强了互操作性，可与其他符合omlox标准的设备和系统集成。对omlox标准化应用程序接口的支持确保我们的客户能够从统一、简化的室内定位体验中获益。

最后，u-locate可随着安装系统的增长而扩展，确保能够适应不断增长的需求。通过空中下载（OTA）软件更新，可无缝访问最新功能和改进，为系统提供了一定程度的前瞻性。

结论

通过u-locate，u-blox充分利用其在无线连接和定位技术方面的深厚专业知识，满足对高性能定位系统日益增长的需求，通过优化库存管理、物料流和人流，降低运营成本，最大限度地实现可持续发展。

u-blox致力于支持系统集成商，提供广泛的技术支持和详尽的文档资料。

通道探测是即将推出的蓝牙LE功能，可计算与物体的距离。采用该功能后，定位引擎将能利用角度和距离进行更优化的定位，从而进一步提高定位精度，使10厘米至30厘米的测距精度目标指日可待。

/关于u-blox公司/

瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）专注于为客户提供丰富的芯片和模块产品以及全面的物联网服务，赋能客户以实现精准定位与万物互联。我们凭借业界领先的解决方案持续推动未来汽车与物联网行业的创新升级。u-blox公司总部设于瑞士苏黎世塔尔维尔，目前全球员工约1,400名，可为客户量身打造出兼具精准、智能和可持续性的解决方案。