Как развивались технологии индор-навигации и почему GPS и Глонасс оказались бесполезными в этом вопросе?

Navigine - Как развивались технологии индор-навигации и почему GPS и Глонасс оказались бесполезными в этом вопросе?

Последние десятилетия крупные компании, как производители и ритейлеры, так и владельцы коммерческой недвижимости, искали удобные технологии для реализации индор-навигации. Отслеживать перемещение людей и техники, строить маршруты в огромных, запутанных пространствах (ТЦ, аэропорты, вокзалы), оптимизировать внутреннюю логистику – именно этот функционал востребован у бизнеса и частных пользователей. 

Как развивались технологии индор-навигации и почему GPS и Глонасс оказались бесполезными в этом вопросе?

 

Задача не для спутников

Все мы пользуемся сегодня навигаторами, которые способны провести нас из точки А в точку Б и между разными района, и между городами, и даже между материками. Почему же Глонасс, «Галилео» и GPS не справились с задачей позиционирования человека внутри помещения? 

Суть спутниковой технологии в том, что фактически спутник «видит» каждого из нас из космоса. В помещении сигнал спутников недоступен, и даже если он все-таки доходит до приемника, например, через окно, не может использоваться для позиционирования, поскольку многократно переотражается. 

Самой первой альтернативой GPS стала навигация в мобильных сотовых сетях. Это очень простой способ, в основе которого лежит система определения местоположения объекта относительно ближайшей сотовой вышки. 

Однако и тут сразу обнаружились проблемы: вышки сначала были расставлены на расстоянии примерно в 1 километр. Сейчас, когда покрытие мобильных сетей улучшилось, этот показатель сократился, однако, средняя погрешность при позиционировании объекта остается высокой: до 100 метров. Такая навигация внутри зданий неэффективна, здесь речь должна идти об отклонении, максимум, в 3-4 метра.

 

Технологии нового поколения

Более продвинутые технологии индор-навигации можно условно разделить на три группы. Первая связана с использованием различных носимых инерциальных измерительных модурелей: датчики на ногах шее, руках, голове. Главный минус подобных технологий – относительность их работы. Проще говоря, они отслеживают отклонение объекта от его первоначальной точки. Но если вы не знаете точку старта, то абсолютные координаты объекта также не вычислите. 

Вторая группа технологий – это навигация с визуальной одометрии. Такие решения позволяют восстанавливать траекторию движения человека с помощью анализа изображений с камеры. Плюсы системы – высокая точность в хороших условиях, минусы – высокая чувствительность к внешним искажениям (например, к освещению).

К тому же для выстраивания полноценной навигации таким решениям нужны определенные ориентиры. Если человек находится в открытом месте с одинаковым сплошным полом, система не сможет определить траекторию его движения. Также возникает много проблем с определением непосредственного объекта движения: мы двигаем камеру или объекты вокруг нее? 

Третья группа решений связана с использованием неких фиксированных в пространстве источников сигнала: например, Wi-Fi, Bluetooth, инфракрасное излучение. Суть всех этих методов  одна: скомбинировав сведения о положении излучателей и интенсивности сигнала, система определяет точные координаты объекта и строит траекторию его движения. 

Например, мы точно знаем, что при удалении от точки Wi-Fi-доступа сигнал всегда затухает. И чем дальше мы от излучателя, тем слабее сигнал. Зная, где находится излучатель и используя некоторую модель затухания сигнала, мы в процессе навигации можем сравнить реально получаемый сигнал с этой симуляцией.

Наложив карты распространения сигнал от трех-четырех излучаетелей друг на друга, мы сможем точно определять, где находится объект. 

Другие виды сигнала: UWB и ультракрасные измерители строят навигацию не по силе сигнала, а по расстоянию. Они позволяют померить, на каком расстоянии от источника находится объект. Однако подобные системы работают только в зоне прямой видимости и не могут “обойти” препятствия (стены, перегородки и т.д.)

У каждого из типов сигналов есть свои нюансы, и выбор между ними, зачастую, становится вопросом соотношения цены и качества.

 

Bluetooth, Wi-Fi, UWB: что выбрать?

При выборе конкретной технологии, компании обычно берут в расчет стоимость развертки и параметры энергопотребления. Самым экономичным, на сегодняшний момент, считается Bluetooth, цена одного маяка составляет порядка $10, затем идет Wi-Fi. Самая дорогая технология – это широкополосная связь UWB. Последнее решение проигрывает и с точки зрения энергопотребления. При сканировании обычных Bluetooth-маяков телефон может работать без подзарядки до двух дней, сканирование специализированных UWB-модулей сокращает это время до 5-6 часов. Порой параметры энергопотребления играют критическую роль – например, если девайсы используются в шахте, где рабочий день длится 8 часов. Здесь система с использованием UWB-модулей не годится. К тому же UWB не поддерживается смартфонами, поэтому может использоваться только в промышленных решениях.

Однако несмотря на стоимость и высокие показатели энергопотребления, технология UWB дает самую высокую точность. Поэтому здесь выбор конкретного типа сигнала зависит от юзер-кейса. 

В целом, разные системы подходят для разного типа задач: где-то требуется максимальная точность, а где-то, наоборот, можно немного пожертвовать точностью в пользу экономичности. Так что все эти три технологии, в той или иной степени, представлены сегодня на рынке. 

 

Позиционирование будущего

Очевидно, что ряд используемых сегодня технологий будут замещены современными. В частности, это сканирование силы сигнала от Wi-Fi точки доступа будет заменено измерением расстояния между источником и приемником сигнала. Уже сегодня на рынке появляются модели телефонов, поддерживающие эти данные и способные подключаться к нескольким точкам доступа Wi-Fi. Второе перспективное направление – возможность измерения направлений испускания и приема сигнала. Концерн производителей Bluetooth маяков уже пошел в этом направлении и заявил о грядущем обновлении оборудования. 


Если у вас остались вопросы - пишите нам на почту info@navigine.com

Navigine - Published:
Elena Timokhina