[Blue-IoT]
智慧城市
大部分手機都具備GPS,提供室外定位功能,室內環境無法使用GPS等衛星定位時,需要高精確室內定位技術。
室內定位技術發展多年,已用於老人兒童追蹤、資產監控、路徑指引、展覽互動、停車場導航、智慧建築等用途。
室內定位技術也可作衛星輔助定位,解決衛星信號到達地面後,穿越建築難題,確定物體室內所處位置。
室內定位最早出現以Wi-Fi實現,精準度不佳、又安裝複雜、端終過於耗電,結果無法流行,近年多種技術相繼出現,包括藍牙、紅外線、RFID、ZigBee、UWB、超聲波、ToF(時間飛行)等室內定位技術。精準度最高為超寬頻(Ultra-Wide Band,UWB)技術,精準度可達10 厘米,控制室內無人機飛行。其次蘋果(Apple)的藍牙iBeacon,精度可達1~2公尺,結合手機作為定位。
室內定位蓽路藍縷
RFID則應用於倉庫和零售的數據採集和盤點,須利用特定RFID讀取器和標籤。大部分定位技術,包括了Wi-Fi和UWB,則耗電量大,多點部署,昂貴之餘,端終耗電極大,往往連接了電源設備才能定位,或者只能供短時期定位,很不實用。
ToF則要求極凖確的時鐘。故此,藍牙有早普及性,可向手機室內定位,故此仍以iBeacon技術為主流。 iBeacon以「接收訊號強度指示」(Received Signal Strength Indication, RSSI)原理,以手機接收多個基站發出的訊號,從訊號源的強弱,推算物件距離,但訊號強弱受不少因素影響,接受有時不穩定。
藍牙5.0標準發佈以後推出了定位服務,精度甚低。藍牙SIG在 5.1版本正式將測向功能(Direction Finding)納入了規格,以AoA/AoD框架發表室內定位技術,從物理層建立算法,加上RSSI,精度達數公分,兼容性更佳,加上耗電量低,晶片廠包括Nordic Semiconductor和Silicon Labs,推出支援藍牙5.1定位的系統晶片(SoC);基站和App陸續推出,AoA/AoD為最有前景的室內定位技術。
到達角和離開角
物件只要有節點和錨節,就可以三角測量法獲得位置,再以RSSI測定距離。AoA定位演算法的「到達角」(Angle-of-Arrival) 測距,就是基於信號到達角度的定位演算法,通過基站天線感知發射節點信號到達方向,計算接收節點和錨節點之間的相對方位或角度,以三角測量法或其他方式計算節點的位置,多個基站天線可獲更大定位覆蓋空間,多個基站天線解算可提昇空間精度。
AoD「離開角」(Angle-of- Departure)測距的物件則互換了角色;被跟蹤設備僅使用一條天線而信標設備則使用多條天線。AoD接收設備使用來自多個信標及其位置的角度,計算自己在空間中位置。
例如說尋找固定物件可利用AOA定位演算法,室內導航則以AoD實現。北京藍色創源科技是開發以AoA/AoD框架服務,以BlueIOT提供室內定位。
AoA/AoD和RSSI不是新技術,但藍牙SIG將定位技術納入5.1規格,訊號發射與接收協定標準化,裝置間互通兼容更好,市場擴大,成本也更低。
12個月續航
BlueIOT以AOA獲得標籤唯一來波方向與位置,比傳統藍牙高10倍精度,約為0.5級米穩定精度;基站採用專利技術,通過藍牙5.1陣列天線切換,定位物件兼容藍牙4.2標籤,用於IOT標籤與LBS手機高精度的定位。
BlueIOT覆蓋可達16-20米,基站高度差H為2.5米時,高精度定位區(精度為0.3-0.5米)覆蓋直徑為7.5米;亞米級定位區(典型精度0.5-1.0米)覆蓋直徑為10米;但高度差H超過一定值後,高精度/亞米級精度覆蓋區域面積不再變大,超過5米後,覆蓋直徑16-20米。
BlueIoT定位標籤以一枚紐扣電池供電,待機模式下提供超過12個月續航,不用頻繁充電。
BlueIOT定位系統適用於醫院、超級市場或展覽館等場景,也可用於倉庫和工廠中的資產追踪。BlueIOT選用歐洲Nordic的nRF52833低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy /Bluetooth LE)多協定SoC,為基於nRF52833 SoC的定位標籤,可放置在定位場景中關鍵位置,也可貼在倉庫中的資產上,顧客、訪客、病人、員工等可在支援藍牙4.0(及更高版本)的iOS或Android智能手機上安裝BlueIOT Map APP,即導航到指定位置或物品,可提供室內導航、路徑規劃,以及指出收藏地點。
nRF52833無線電具備全部的測向功能,不僅依賴RSSI定位,還根據訊號方向進行測向。記憶體分配(512kB Flash和128kB RAM)支援標籤實現到達角(AoA)和離開角(AoD)應用接收和發送,再結合專有演算法,BlueIOT定位系統可抑制多徑干擾,提供高俯仰和偏航精確度,即使視線範圍外亦提供30厘米的精度。BlueIoT省電其中一個原因也是Nordic SoC超低功耗特性。
藍色創源行政總裁趙瑞祥表示:「全球只有為數不多SoC兼具強大功能和低功耗,滿足藍牙AoA需求,nRF52833為其中之一。Nordic SDK縮短硬件開發時間6個月。」