Hệ thống định vị thời gian thực RTLS | Real-time locating systems là gì?

Hệ thống định vị thời gian thực (RTLS), còn được gọi là hệ thống theo dõi thời gian thực, được sử dụng để tự động xác định và theo dõi vị trí của các đối tượng hoặc con người trong thời gian thực, thường là trong một tòa nhà hoặc các khu vực khác. Các thẻ RTLS không dây được gắn vào các đồ vật hoặc đeo bên người và trong hầu hết các RTLS, các điểm tham chiếu cố định nhận tín hiệu không dây từ các thẻ để xác định vị trí của chúng. [1] Ví dụ về hệ thống định vị thời gian thực bao gồm theo dõi ô tô qua dây chuyền lắp ráp, xác định vị trí các pallet hàng hóa trong nhà kho hoặc tìm thiết bị y tế trong bệnh viện./ Real-time locating systems (RTLS), also known as real-time tracking systems, are used to automatically identify and track the location of objects or people in real time, usually within a building or other contained area. Wireless RTLS tags are attached to objects or worn by people, and in most RTLS, fixed reference points receive wireless signals from tags to determine their location.[1] Examples of real-time locating systems include tracking automobiles through an assembly line, locating pallets of merchandise in a warehouse, or finding medical equipment in a hospital.

Lớp vật lý của công nghệ RTLS thường là một số dạng truyền thông tần số vô tuyến (RF), nhưng một số hệ thống sử dụng công nghệ quang học (thường là hồng ngoại) hoặc công nghệ âm thanh (thường là siêu âm) thay vì hoặc bổ sung cho RF. Thẻ và điểm tham chiếu cố định có thể là máy phát, máy thu hoặc cả hai, dẫn đến nhiều sự kết hợp công nghệ có thể có./ The physical layer of RTLS technology is usually some form of radio frequency (RF) communication, but some systems use optical (usually infrared) or acoustic (usually ultrasound) technology instead of or in addition to RF. Tags and fixed reference points can be transmitters, receivers, or both, resulting in numerous possible technology combinations.

RTLS là một dạng hệ thống định vị địa phương và thường không đề cập đến GPS hoặc theo dõi điện thoại di động. Thông tin vị trí thường không bao gồm tốc độ, hướng hoặc định hướng không gian./ RTLS are a form of local positioning system and do not usually refer to GPS or to mobile phone tracking. Location information usually does not include speed, direction, or spatial orientation.

Khái niệm về việc định vị/ Locating concepts
RTLS thường được sử dụng ở các khu vực trong nhà và / hoặc hạn chế, chẳng hạn như các tòa nhà và không cung cấp phạm vi phủ sóng toàn cầu như GPS. Thẻ RTLS được dán vào các mục di động để theo dõi hoặc quản lý. Các điểm tham chiếu RTLS, có thể là bộ phát hoặc bộ thu, được đặt cách nhau trong toàn bộ tòa nhà (hoặc khu vực quan tâm tương tự) để cung cấp phạm vi bao phủ thẻ mong muốn. Trong hầu hết các trường hợp, càng cài đặt nhiều điểm tham chiếu RTLS thì độ chính xác của vị trí càng tốt, cho đến khi đạt đến các giới hạn công nghệ./ RTLS are generally used in indoor and/or confined areas, such as buildings, and do not provide global coverage like GPS. RTLS tags are affixed to mobile items to be tracked or managed. RTLS reference points, which can be either transmitters or receivers, are spaced throughout a building (or similar area of interest) to provide the desired tag coverage. In most cases, the more RTLS reference points that are installed, the better the location accuracy, until the technology limitations are reached.

Một số thiết kế hệ thống khác nhau đều được gọi là "hệ thống định vị thời gian thực", nhưng có hai yếu tố thiết kế hệ thống chính:/ A number of disparate system designs are all referred to as "real-time locating systems", but there are two primary system design elements:

Xác định vị trí tại các điểm nghẽn/ Locating at choke points
Hình thức đơn giản nhất của việc xác định vị trí điểm nghẹt là nơi các tín hiệu ID phạm vi ngắn từ một thẻ chuyển động được nhận bởi một đầu đọc cố định duy nhất trong mạng cảm giác, do đó chỉ ra sự trùng khớp về vị trí của đầu đọc và thẻ. Ngoài ra, một mã nhận dạng điểm nghẹt có thể được nhận bởi thẻ chuyển động và sau đó được chuyển tiếp, thường thông qua kênh không dây thứ hai, đến bộ xử lý vị trí. Độ chính xác thường được xác định bằng hình cầu kéo dài với tầm với của máy phát hoặc máy thu điểm nghẹt. Việc sử dụng các ăng-ten định hướng, hoặc các công nghệ như tia hồng ngoại hoặc sóng siêu âm bị chặn bởi các vách ngăn phòng, có thể hỗ trợ các điểm sặc có dạng hình học khác nhau./ The simplest form of choke point locating is where short range ID signals from a moving tag are received by a single fixed reader in a sensory network, thus indicating the location coincidence of reader and tag. Alternately, a choke point identifier can be received by the moving tag and then relayed, usually via a second wireless channel, to a location processor. Accuracy is usually defined by the sphere spanned with the reach of the choke point transmitter or receiver. The use of directional antennas, or technologies such as infrared or ultrasound that are blocked by room partitions, can support choke points of various geometries.

Định vị trong tọa độ tương đối/ Locating in relative coordinates
Các tín hiệu ID từ một thẻ được nhận bởi nhiều trình đọc trong mạng cảm giác và vị trí được ước tính bằng cách sử dụng một hoặc nhiều thuật toán định vị, chẳng hạn như trilateration, multilateration hoặc triangulation. Tương tự, các tín hiệu ID từ một số điểm tham chiếu RTLS có thể được thẻ nhận và chuyển tiếp trở lại bộ xử lý vị trí. Việc bản địa hóa với nhiều điểm tham chiếu yêu cầu phải biết khoảng cách giữa các điểm tham chiếu trong mạng giác quan để định vị chính xác một thẻ và việc xác định khoảng cách được gọi là phạm vi./ ID signals from a tag are received by a multiplicity of readers in a sensory network, and a position is estimated using one or more locating algorithms, such as trilateration, multilateration, or triangulation. Equivalently, ID signals from several RTLS reference points can be received by a tag and relayed back to a location processor. Localization with multiple reference points requires that distances between reference points in the sensory network be known in order to precisely locate a tag, and the determination of distances is called ranging.

Một cách khác để tính toán vị trí tương đối là nếu các thẻ di động giao tiếp trực tiếp với nhau, sau đó chuyển tiếp thông tin này đến bộ xử lý vị trí./ Another way to calculate relative location is if mobile tags communicate directly with each other, then relay this information to a location processor.

Vị trí chính xác/ Location accuracy
Hệ thống phân loại RF sử dụng phạm vi ước tính từ nhiều máy thu để ước tính vị trí của thẻ. Phương pháp tam giác RF sử dụng các góc mà tín hiệu RF đến nhiều máy thu để ước tính vị trí của thẻ. Nhiều vật cản, chẳng hạn như tường hoặc đồ nội thất, có thể làm sai lệch phạm vi ước tính và số đo góc, dẫn đến chất lượng ước tính vị trí khác nhau. Định vị dựa trên ước tính thường được đo độ chính xác cho một khoảng cách nhất định, chẳng hạn như chính xác 90% cho phạm vi 10 mét./ RF trilateration uses estimated ranges from multiple receivers to estimate the location of a tag. RF triangulation uses the angles at which the RF signals arrive at multiple receivers to estimate the location of a tag. Many obstructions, such as walls or furniture, can distort the estimated range and angle readings leading to varied qualities of location estimate. Estimation-based locating is often measured in accuracy for a given distance, such as 90% accurate for 10-meter range.

Các hệ thống sử dụng công nghệ định vị không đi qua tường, chẳng hạn như hồng ngoại hoặc siêu âm, có xu hướng chính xác hơn trong môi trường trong nhà vì chỉ thẻ và bộ thu có đường nhìn (hoặc đường nhìn gần) mới có thể giao tiếp./ Systems that use locating technologies that do not go through walls, such as infrared or ultrasound, tend to be more accurate in an indoor environment because only tags and receivers that have line of sight (or near line of sight) can communicate.
 

Ứng dụng/ Applications

RTLS có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hậu cần hoặc hoạt động như:/ RTLS can be used in numerous logistical or operational areas such as:
- định vị và quản lý tài sản trong một cơ sở, chẳng hạn như tìm một xe đẩy dụng cụ bị thất lạc trong nhà kho hoặc thiết bị y tế/ locate and manage assets within a facility, such as finding a misplaced tool cart in a warehouse or medical equipment

- thông báo về các địa điểm mới, chẳng hạn như cảnh báo nếu một xe đẩy dụng cụ rời khỏi cơ sở không đúng cách/ notification of new locations, such as an alert if a tool cart improperly has left the facility

- để kết hợp danh tính của nhiều mặt hàng được đặt ở một vị trí, chẳng hạn như trên pallet/ to combine identity of multiple items placed in a single location, such as on a pallet

- để xác định vị trí của khách hàng, ví dụ như trong một nhà hàng, để giao thức ăn hoặc dịch vụ/ to locate customers, for example in a restaurant, for delivery of food or service

- duy trì mức nhân sự thích hợp của các khu vực hoạt động, chẳng hạn như đảm bảo các lính canh ở các vị trí thích hợp trong một cơ sở cải huấn/ to maintain proper staffing levels of operational areas, such as ensuring guards are in the proper locations in a correctional facility

- để tính toán nhanh chóng và tự động cho tất cả nhân viên sau hoặc trong khi sơ tán khẩn cấp/ to quickly and automatically account for all staff after or during an emergency evacuation
 
+ Bệnh viện Đa khoa Toronto đang xem xét RTLS để giảm thời gian cách ly sau khi dịch bệnh truyền nhiễm bùng phát. Sau đợt bùng phát dịch SARS gần đây, 1% tổng số nhân viên đã được cách ly, và dữ liệu chính xác hơn về những người đã tiếp xúc với vi rút có thể làm giảm nhu cầu kiểm dịch./ Toronto General Hospital is looking at RTLS to reduce quarantine times after an infectious disease outbreak. After a recent SARS outbreak, 1% of all staff were quarantined, and more accurate data regarding who had been exposed to the virus could have reduced the need for quarantines.

- để tự động theo dõi và đánh dấu thời gian tiến trình của con người hoặc tài sản thông qua một quy trình, chẳng hạn như theo dõi thời gian chờ trong phòng cấp cứu của bệnh nhân, thời gian ở trong phòng phẫu thuật và tổng thời gian cho đến khi xuất viện. Một hệ thống như vậy có thể được sử dụng để cải tiến quy trình/ to automatically track and time stamp the progress of people or assets through a process, such as following a patient's emergency room wait time, time spent in the operating room, and total time until discharge. Such a system can be used for process improvement
- định vị cấp độ lâm sàng để hỗ trợ quản lý năng lực chăm sóc cấp tính/ clinical-grade locating to support acute care capacity management

Về quyền tư ẩn (riêng tư)/ Privacy concerns
RTLS có thể được coi là mối đe dọa đối với quyền riêng tư khi được sử dụng để xác định vị trí của mọi người. Quyền tự quyết định về thông tin của con người mới được công bố mang lại quyền ngăn chặn việc tiết lộ danh tính và dữ liệu cá nhân của một người cho người khác và cũng bao gồm việc tiết lộ địa phương, mặc dù điều này thường không áp dụng cho nơi làm việc./ RTLS may be seen as a threat to privacy when used to determine the location of people. The newly declared human right of informational self-determination gives the right to prevent one's identity and personal data from being disclosed to others and also covers disclosure of locality, though this does not generally apply to the workplace.

Một số liên đoàn lao động nổi tiếng đã lên tiếng phản đối việc sử dụng hệ thống RTLS để theo dõi công nhân, gọi chúng là "sự khởi đầu của Big Brother" và "sự xâm phạm quyền riêng tư"./ Several prominent labor unions have spoken out against the use of RTLS systems to track workers, calling them "the beginning of Big Brother" and "an invasion of privacy".

Các công nghệ theo dõi vị trí hiện tại có thể được sử dụng để xác định người dùng thiết bị di động theo một số cách. Đầu tiên, các nhà cung cấp dịch vụ có quyền truy cập vào các công nghệ dựa trên mạng và dựa trên thiết bị cầm tay có thể xác định vị trí điện thoại cho các mục đích khẩn cấp. Thứ hai, vị trí lịch sử thường có thể được xác định từ hồ sơ của nhà cung cấp dịch vụ. Thứ ba, các thiết bị khác như điểm truy cập Wi-Fi hoặc bộ bắt IMSI có thể được sử dụng để theo dõi các thiết bị di động gần đó trong thời gian thực. Cuối cùng, các hệ thống định vị lai kết hợp các phương pháp khác nhau để cố gắng khắc phục những thiếu sót của từng phương pháp riêng lẻ./ Current location-tracking technologies can be used to pinpoint users of mobile devices in several ways. First, service providers have access to network-based and handset-based technologies that can locate a phone for emergency purposes. Second, historical location can frequently be discerned from service provider records. Thirdly, other devices such as Wi-Fi hotspots or IMSI catchers can be used to track nearby mobile devices in real time. Finally, hybrid positioning systems combine different methods in an attempt to overcome each individual method's shortcomings.

Các loại công nghệ được sử dụng/ Types of technologies used
Có rất nhiều khái niệm và thiết kế hệ thống để cung cấp khả năng định vị theo thời gian thực./ There is a wide variety of systems concepts and designs to provide real-time locating.
- Nhận dạng tần số vô tuyến chủ động (Active RFID)/ Active radio frequency identification (Active RFID)
- Nhận dạng tần số vô tuyến chủ động - kết hợp hồng ngoại (Active RFID-IR)/ Active radio frequency identification - infrared hybrid (Active RFID-IR)
- Hồng ngoại (IR)/ Infrared (IR)
- Định vị quang học/ Optical locating
- Nhận dạng biển báo tần số thấp/ Low-frequency signpost identification
- Nhận dạng tần số vô tuyến bán tích cực (RFID bán tích cực)/ Semi-active radio frequency identification (semi-active RFID)
- Định vị RFID RTLS thụ động thông qua ăng ten mảng theo giai đoạn có thể giám sát/ Passive RFID RTLS locating via steerable phased array antennae
- Đèn hiệu radio/ Radio beacon
- Nhận dạng siêu âm (US-ID)/ Ultrasound Identification (US-ID)
Phạm vi siêu âm (US-RTLS)/ Ultrasonic ranging (US-RTLS)
- Băng thông siêu rộng (UWB)/ Ultra-wideband (UWB)
- Băng tần rộng trên hẹp/ Wide-over-narrow band
- Mạng cục bộ không dây (WLAN, Wi-Fi)/ Wireless local area network (WLAN, Wi-Fi)
- Bluetooth/ Bluetooth
- Co cụm trong môi trường ồn ào/ Clustering in noisy ambience
- Hệ thống Bivalent/ Bivalent systems

Một mô hình chung để lựa chọn giải pháp tốt nhất cho vấn đề xác định vị trí đã được xây dựng tại Đại học Radboud Nijmegen. Nhiều tài liệu tham khảo trong số này không tuân thủ các định nghĩa được đưa ra trong tiêu chuẩn hóa quốc tế với ISO / IEC 19762-5 và ISO / IEC 24730-1. Tuy nhiên, một số khía cạnh của hiệu suất thời gian thực được phục vụ và các khía cạnh của việc xác định vị trí được giải quyết trong bối cảnh tọa độ tuyệt đối./ A general model for selection of the best solution for a locating problem has been constructed at the Radboud University of Nijmegen. Many of these references do not comply with the definitions given in international standardization with ISO/IEC 19762-5 and ISO/IEC 24730-1. However, some aspects of real-time performance are served and aspects of locating are addressed in context of absolute coordinates.