Indoor Positionsbestimmung mit Ultra-wideband

Indoor Tracking im Industrieumfeld erfordert mitunter eine sehr genaue Positionsbestimmung. Hierfür bieten wir Lösungen mit der Nahfunktechnik Ultra-wideband (UWB, Ultra Breitband) an, die außerhalb der gängigen Consumer-Standards WLAN und Bluetooth Low Energy arbeitet und Positionsgenauigkeiten von unter 30 Zentimetern bietet.

Indoor Positioning with Ultra-wideband

Indoor Positioning mit Ultra-wideband hat verschiedene Vorteile: Die Genauigkeit ist mit 10-30 Zentimetern deutlich höher als bei Beacons (1-3 Meter) oder WLAN (5-15 Meter). Die Latenzzeit ist sehr gering (Positionsabfrage bis zu 100 Mal pro Sekunde möglich) und Höhenunterschiede lassen sich äußerst präzise bestimmen. Die Technik ist jedoch eine Sonderlösung, die entsprechende Komponenten benötigt und daher überwiegend für spezielle Industrieanwendungen in Frage kommt.


Funktionsweise von Indoor Lokalisierung mit Ultra-wideband

Ultra-wideband ist eine Art der Nahbereichsfunkkommunikation, die zur Indoor Lokalisierung genutzt werden kann. Im Gegensatz zu Bluetooth Low Energy und WLAN basiert die Positionsbestimmung nicht auf der Messung von Signalstärken (Receive Signal Strength Indicator, RSSI), sondern auf einem Laufzeitverfahren (Time of Flight, ToF). Dabei wird die Lichtlaufzeit zwischen einem Objekt und mehreren Empfängern (Anchors - infsoft Locator Nodes) gemessen. Für die genaue Lokalisierung eines Objektes sind mindestens 3 Empfänger nötig (Trilateration).

Der Gegenstand oder die Person, dessen/deren Position bestimmt werden soll (Asset), wird mit einem kleinen Tag (infsoft Locator Tag) ausgestattet, der batteriebetrieben ist oder z.B. über einen Gabelstapler mit Strom versorgt werden kann. Der Tag sendet Daten (ID, ToF, timestamp) an die infsoft Locator Nodes. Diese sind fix in die Infrastruktur eingebracht und können über die gemessene Lichtlaufzeit berechnen, wie weit das Asset entfernt ist. Kombiniert man die Daten aus mindestens 3 Locator Nodes, ergibt sich eine 10-30 Zentimeter genaue Positionsangabe.


Setup eines Ultra-wideband basierten Systems: zwei Ansätze

Serverseitig

Infografik: serverseitige Positionsbestimmung mit Ultra-wideband
Visualisierung der Positionsdaten im Backend, keine Anzeige auf einem Client (Smartphone).

Für die Positionsbestimmung ermittelt der Locator Tag den Abstand zu mehreren infsoft Locator Node und sendet die Daten an die Locator Nodes zurück. infsoft Locator Nodes sind modular und bieten auch ein UWB-Modul, so dass sie als Empfangseinheit eingesetzt werden können. Der infsoft Locator Node verarbeitet die bereitgestellten Daten und sendet sie via WiFi, Ethernet oder UMTS an die infsoft LocAware platform®. Dort wird die Position bspw. in einer Karte dargestellt.



Clientseitig

Infografik: clientseitige Positionsbestimmung mit Ultra-wideband
Visualisierung der Positionsdaten auf einem Client (Smartphone) und ggf. Übermittlung an Backend.

Sollen die Positionsdaten unmittelbar auf einem mobilen Endgerät (Smartphone) dargestellt werden, können die infsoft Locator Tags direkt via Bluetooth oder einer USB-Schnittstelle mit dem Smartphone kommunizieren. Das Detektionsverfahren über die Laufzeitmessung zu den infsoft Locator Nodes bleibt bestehen. Der Locator Tag tauscht die Daten via Bluetooth oder per USB-Schnittstelle mit dem Endgerät aus, welches die Daten, falls gewünscht, auch an die infsoft LocAware platform® senden kann.



Technische Merkmale von Ultra-wideband

  • Nutzung extrem großer Frequenzbereiche mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz
  • Kaum störungsanfällig (Interferenzen)
  • Frequenzbereich 3,1 – 10,6 GHz
  • Sendeleistung 0,5 mW / −41,3 dBm/MHz
  • Reichweite 10 – 150 m (je nach Anwendungsfall)
  • Datenrate 110 kbit/s – 6,8 Mbit/s

infsoft Locator Node: Der infsoft Locator Node fungiert als Anchor sowie Gateway und leitet die Daten an die infsoft LocAware platform® weiter. Bei serverseitigen Positionsverfahren erfolgt dort die Berechnung der Position. Mehr Informationen zu infsoft Locator Nodes.

infsoft Locator Tag: Sender auf Basis von UWB Technologie, der an Personen oder Objekte angebracht wird. Er ist batteriebetrieben und sendet Daten zur Lokalisierung an die Anchors. Mehr Informationen zu infsoft Locator Tags.


Use Cases für Indoor Positioning mit Ultra-wideband

Indoor Positionsbestimmung mit Ultra-wideband kann in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz kommen. Hier einige Beispiele:

In einem Lager oder einer Produktionsstätte können Arbeitsgeräte wie Stapler mit hoher Präzision geortet werden. Zusätzlich kann eine Orientierung des Fahrzeuges (Ausrichtung der Blickrichtung) erfolgen, etwa bei schlechten Sichtverhältnissen.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking
Eingesetzte Sensorik: RFID, Ultra-wideband
Anwendungsbeispiel: Tracking von Flurförderzeugen und Gütern in der Logistik


Die Analyse von Lauf- und Fahrwegen – z.B. in einer Fertigungsanlage – kann bei der Routen- und Prozessoptimierung helfen und Kennzahlen für Entscheidungen liefern.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons), Ultra-wideband
Anwendungsbeispiel: Prozessoptimierung in der Automobilherstellung

In weitläufigen Lagersystemen kann z.B. die Position von Paletten erfasst sowie deren Standort, Standzeit und Bewegungshistorie abgerufen werden. Mithilfe des Palettentrackings können Fehllieferungen oder falsche Lagerbestände vermieden werden.

Eingesetzte Software-Lösung: Indoor Tracking
Eingesetzte Sensorik: Bluetooth Low Energy (Beacons), Ultra-wideband, RFID



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