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BLE Beacon是最隹室?定位解?方案吗?
新冠疫情助长+智慧手机加持

【作者: 盧傑瑞】2022年02月22日 星期二

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全球IT产业正在恢复到COVID 19之前的水准。但是,工作习惯却已经进入到一个新的时代,越来越多的公司的办公室,从固定座位转为远距上班,这也促进了室内定位市场增长。


在市场规模方面,也因COVID-19的大流行扩大了对室内定位市场的需求。各国政府和企业正积极导入室内定位解决方案,进行设施管理、智慧隔离、病毒和人员的追?及管理等。例如,Inpixon以医疗保健市场为目标,提供解决方案以帮助控制COVID-19;捷克的Sewio则是提供 UWB RTLS 解决方案,协助企业型员工行迹纪录并实现智慧隔离。


根据Verified Market Research的最新的研究报告显示,2019年BLE Beacon和iBeacon的全球市场规模为6.96亿美元,预计到2027年将大幅度成长到1095.32亿美元,从 2020年到2027年的复合年增长率高达87.74%(图一)。



图一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市场规模预测。(source:Verified Market Research;作者整理)
图一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市场规模预测。(source:Verified Market Research;作者整理)

因此基於各种因素背景下,iBeacons和BLE Beacon的应用越来越多;例如会发现在包括摄影镜头、LED照明、PoS设备,和数位电子看板内都能发现Beacon的解决方案;而智慧手机、网路设备和基於位置的应用程式也逐渐地普及,以及GPS技术在室内环境中的低效率,都推动了全球室内定位市场的扩大。


室内定位系统是定位系统领域的一个技术分支。为什麽除了使用卫星的技术之外,还有用於室内定位系统的技术?这是因为仅靠卫星定位的话,在大楼、机场、小巷、停车场和地下位置等地方,准确度相当低或者定位完全失败。


典型的卫星定位需要从至少四颗卫星接收讯号,如果可以接受更多卫星讯号的话,精确度将会大幅提升。但是收到的讯号少於3个卫星数时,精确度就会大大降低。


然而这些讯号会被建筑材料,如屋顶、墙壁和其他物导致衰减和散射。由於衰减和散射,会让降低能接收的讯号,使得在室内,利用卫星定位的准确性就会大幅降低。然而,随着这些年来接收端灵敏度的提高,虽然室内定位的准确性可能会降低,但不太可能完全失败。


但是,仅靠卫星来进行室内定位的话,对於获得期待中的精度是远远不够的,这时就需要透过无线技术来进行室内定位。例如,蓝牙、Wi-Fi、RFID、UWB等。这其中,虽然已经有许多公司开始导入蓝牙,但目前蓝牙还没有成为室内定位的主流技术。


蓝牙室内定位机制与装置

蓝牙(Bluetooth)是一种用於在短距离的无线通讯技术,例如大家非常熟悉的智慧手机和无线音讯设备之间的连接。而在物联网的领域,蓝牙发表了一种名为BLE(Bluetooth Low Energy)的技术,顾名思义,其目的是在降低功耗和成本的同时,还能保持与传统蓝牙相同的通讯范围。目前蓝牙有两种数据通信方式,BLE是采取较少耗电的广播方式。


蓝牙本身并不是一种定位解决方案,但基於其接近性,被用作微型栅栏的解决方案,透过将蓝牙传输设备所发出的无线电波作为叁考点,来确定栅栏的内部和外部。再利用放置在室内多个蓝牙发射器或接收器的讯号来确定位置(图二),并且通过调整无线电波的发射和接收间隔,达到长时间运作和即时确认位置。在国外,即时定位大多被用於博物馆、游乐园和展览馆的路线搜寻(如会议室、厕所和停车场)。



图二 : 蓝牙是利用多个蓝牙发射器或接收器来进行室内定位。(source:日本ACCESS;作者整理)
图二 : 蓝牙是利用多个蓝牙发射器或接收器来进行室内定位。(source:日本ACCESS;作者整理)

其中,由於智慧手机和Beacon等相容设备的已经相当普及,以及蓝牙5.1和UWB(超宽频)的技术能力不断突破,目前几??都是透过无线电波的方式来提高定位的精度。


例如在某个团体中,希??随时都能掌握每个成员在建物中的位置或行迹时(图三),就可以让成员携带一个内建BLE Beacon的感应器,或已经安装APP的智慧手机。



图三 : 利用Beacon定位来获得特定区域内是否有成员驻在。(source:三菱DCS;作者整理)
图三 : 利用Beacon定位来获得特定区域内是否有成员驻在。(source:三菱DCS;作者整理)

同时也在建筑物中的适当位置安装例如ESP32等的讯号处理收发模组,来获得成员Beacon的讯号强度。此时,Beacon就会被定义成是一个发送器,当收发模组获得讯号後,就会将数据发送到Gateway Device,最後Gateway Device再将所接收到的所有数据合并後上传到云端进行运算处理。


虽然透过手机的方式来进行定位,会比感应器复杂许多。但是,因为目前智慧型手机相当普遍,因此在导入成本上会比感应器低廉许多。


Beacon与地理围栏、Wi-Fi和NFC有何不同?

Beacon与地理围栏

Beacon和地理围栏(Geo-fencing)不同的是,Beacon主要使使用BLE Beacon技术,来加强与智慧手机的通信,而地理围栏则使用GPS讯号。行动设备的电池寿命对GPS运作有很大影响,因为地理围栏需要卫星和行动电话塔来确定位置。因此与地理围栏相比,Beacon更准确些,同时在室内的效果相对更好,而地理围栏则是适用於户外近距离的确认。




































技术



Beacon



Geo-fencing



电池使用时间



低功耗



中度功耗



侦测范围



最大范围为230英尺或70米



无最大范围



侦测精确度



1公尺



5公尺或16英尺



导入成本



低成本



无须基础设施,非常低



最隹应用场合



是室内场所、室内活动、客户分析和掌握客户忠诚度的理想选择技术方案



适用於户外区域、户外活动和客户分析



Beacon与Wi-Fi

Beacon和Wi-Fi是相当类似的。都可以透过发送容易被行动设备检测到的无线讯号号来进行识别和传递近距离互动。但是在基地台成本上,Beacon比Wi-Fi更便宜,这是Beacon和Wi-Fi最大的不同。


不过,今天大多数商店、商场和办公室都至少已经有一个Wi-Fi基地台,因此在导入Wi-Fi定位时,可以节省下部分基地台的成本。由於Beacon设备的价格比较便宜,大多数机构喜欢使用多个Beacon,来获得目标对象位置更准确的资料,并发送行销活动的资料。而Wi-Fi在近距离行销活动方面并无法提供这样的准确性。




































技术



Beacon



Wi-Fi



电池使用时间



低功耗



基地台使用交流电,因此无电池问题



侦测范围



最大范围为230英尺或70米



讯号发射距离可达33英尺或100公尺



侦测精确度



1公尺



1~5公尺



导入成本



低成本



相对较高



最隹应用场合



是室内场所、室内活动、客户分析和掌握客户忠诚度的理想选择技术方案



适用於室内活动、客户分析和掌握客户忠诚度



Beacon与NFC

Beacon和NFC的主要区别在於用电来源,NFC是不需要专属电池提供电力来操作。此外,NFC Tag比Beacon设备便宜一点,NFC可提供有关客户端的数据相当有限,但能在特定的情况下进行工作。




































技术



Beacon



Wi-Fi



电池使用时间



低功耗



无需电池即可工作



侦测范围



最大范围为230英尺或70米



只有几公分的范围



侦测精确度



1公尺



只有几公分的精确度



导入成本



低成本



相对更便宜



最隹应用场合



是室内场所、室内活动、客户分析和掌握客户忠诚度的理想选择技术方案



非常适合相对确认、安全性确认、少量讯息传输,随时随地提供讯息



Beacon定位相对讯号处理

Beacon的定位处理方面,目前最常用的有以下三种方式:


近接性方式


测量出最接近的Beacon。这适用於粗略的位置识别。


三点定位测量方式


安装多个具有定义坐标的Beacon,并基於这些Beacon的无线电波强度进行三点测量。可以获得精细坐标,但精度取决於无线电波的强弱状态。


指纹(Fingerprint)定位方式


将空间划分为多个区块,并且针对每个部分(指纹)预先测量来自Beacon的讯号强度。再透过测量值和强度特性最相似的地方来获得坐标。但系统每次开启时都需要重新测量讯号强度,这需要耗费一些时间和过程。


Beacon有哪些可追踪的对象

现阶段而言,已被开发出来可以跟?的一些应用包括了:


·标示出位置


Beacon有助於标示出一个物理空间,提供高达1米的精度,这比无法在室内使用地理围栏的精确度更高一些。


·事件的被触发


在智慧手机上使用时,Beacon会触发各种功能,例如进入房间时灯光会被开启,进入商店时,会主动向手机发送优惠券。也就是说,会依照当时所处的环境或场合,触动一些事件的发生。更常被厂商用来作为对其客户忠诚度计画的应用,有助於了解客户的行为进而提供奖励或优惠。


·位置或行迹的追踪


使用传统的地理围栏技术,没有办法在室内找到某人,但Beacon可以在室内寻找特定人员位置或行迹,就像Google地图在室外一样,会提供某人正往商店、公共汽车站或博物馆的方向行动。


·分析和资料收集


Beacon的准确性允许个人收集比Wi-Fi信号或GPS更可靠的数据。可以帮助店主更能了解客户在商店中的移动方式和位置。虽然Beacon本身不会主动收集资讯,但可以透过使用像Bleesk的应用程式,来进行主动式撷取所需要的数据资料,改善店内的通道、动线,即时调整行销活动,进行店内物品或活动的改善。


·物品和人员的追踪


从作业或运送中获取资讯。例如在运输和制造部门,管理人员可以利用Beacons随时了解产品的确切位置。


·引导和互动


Beacon可以自动向APP使用者发送安全问题的通知。例如,可以帮助行走的病人进行转向,或提醒工厂工人注意危险条件的变化,还可以与地理围栏结合起来,增加各种导引资讯的安全性。


结语

随着低功耗蓝牙Beacon技术的发展,市场上已有更多的创新想法被提出。可以大幅度提升所跟?人员或物品的高精准性。因此Beacon正被开始大量应用在保全或门禁等各种的场合上,例如:被移动物品的近接性感测、移动设备的位置、利用增强型BLE解决方案来强化GPS、地理围栏或Wi-Fi的精确度。


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