Los sistemas de localización en tiempo real ( RTLS ), también conocidos como sistemas de rastreo en tiempo real , se utilizan para identificar y rastrear automáticamente la ubicación de objetos o personas en tiempo real , generalmente dentro de un edificio u otra área contenida. Las etiquetas RTLS inalámbricas están adheridas a objetos o las personas las usan, y en la mayoría de las RTLS, los puntos de referencia fijos reciben señales inalámbricas de las etiquetas para determinar su ubicación. [1] Entre los ejemplos de sistemas de localización en tiempo real se incluyen el seguimiento de automóviles a través de una línea de montaje, la localización de paletas de mercancías en un almacén o la búsqueda de equipos médicos en un hospital.
La capa física de la tecnología RTLS suele ser alguna forma de comunicación por radiofrecuencia (RF), pero algunos sistemas utilizan tecnología óptica (normalmente infrarroja ) o acústica (normalmente ultrasonido ) en lugar de o además de RF. Las etiquetas y los puntos de referencia fijos pueden ser transmisores , receptores o ambos, lo que da como resultado numerosas combinaciones de tecnologías posibles.
Los RTLS son una forma de sistema de posicionamiento local y generalmente no se refieren al GPS ni al rastreo de teléfonos móviles . La información de ubicación generalmente no incluye velocidad, dirección u orientación espacial.
Origen
El término RTLS fue creado (alrededor de 1998) en la feria comercial ID EXPO por Tim Harrington (WhereNet), Jay Werb, (PinPoint) y Bert Moore, (Fabricantes de identificación automática, Inc. (AIM)). Fue creado para describir y diferenciar una tecnología emergente que no solo proporcionó las capacidades de identificación automática de las etiquetas RFID activas , sino que también agregó la capacidad de ver la ubicación en una pantalla de computadora. Fue en esta feria que PinPoint y WhereNet mostraron los primeros ejemplos de un sistema RTLS basado en radio comercial. Aunque esta capacidad había sido utilizada anteriormente por agencias militares y gubernamentales, la tecnología había sido demasiado cara para fines comerciales. A principios de la década de 1990, se instalaron los primeros RTLS comerciales en tres centros de atención médica en los Estados Unidos y se basaron en la transmisión y decodificación de señales de luz infrarroja de etiquetas de transmisión activa. Desde entonces, ha surgido una nueva tecnología que también permite aplicar RTLS a aplicaciones de etiquetas pasivas.
Ubicar conceptos
Los RTLS se utilizan generalmente en áreas interiores y / o confinadas, como edificios, y no brindan cobertura global como el GPS . Las etiquetas RTLS se colocan en los elementos móviles que se van a rastrear o administrar. Los puntos de referencia RTLS, que pueden ser transmisores o receptores, están espaciados a lo largo de un edificio (o un área de interés similar) para proporcionar la cobertura de etiqueta deseada. En la mayoría de los casos, cuantos más puntos de referencia RTLS se instalen, mejor será la precisión de la ubicación, hasta que se alcancen las limitaciones tecnológicas.
Varios diseños de sistemas dispares se denominan "sistemas de localización en tiempo real", pero hay dos elementos principales de diseño de sistemas:
Localización en puntos de estrangulamiento
La forma más simple de localización de puntos de estrangulamiento es donde las señales de identificación de corto alcance de una etiqueta móvil son recibidas por un solo lector fijo en una red sensorial, lo que indica la coincidencia de ubicación del lector y la etiqueta. Alternativamente, la etiqueta móvil puede recibir un identificador de punto de estrangulamiento y luego retransmitirlo, generalmente a través de un segundo canal inalámbrico, a un procesador de ubicación. La precisión generalmente se define por la esfera que abarca el alcance del transmisor o receptor del punto de estrangulamiento. El uso de antenas direccionales, o tecnologías como infrarrojas o ultrasonidos que están bloqueadas por las particiones de la habitación, pueden soportar puntos de estrangulamiento de diversas geometrías. [2]
Ubicando en coordenadas relativas
Las señales de identificación de una etiqueta son recibidas por una multiplicidad de lectores en una red sensorial , y una posición se estima usando uno o más algoritmos de localización, tales como trilateración , multilateración o triangulación . De manera equivalente, las señales de identificación de varios puntos de referencia RTLS pueden ser recibidas por una etiqueta y retransmitidas a un procesador de ubicación. La localización con múltiples puntos de referencia requiere que se conozcan las distancias entre los puntos de referencia en la red sensorial para ubicar con precisión una etiqueta, y la determinación de distancias se llama rango .
Otra forma de calcular la ubicación relativa es si las etiquetas móviles se comunican directamente entre sí, luego transmiten esta información a un procesador de ubicación.
Precisión de la ubicación
La trilateración de RF utiliza rangos estimados de múltiples receptores para estimar la ubicación de una etiqueta. La triangulación de RF utiliza los ángulos a los que llegan las señales de RF a múltiples receptores para estimar la ubicación de una etiqueta. Muchas obstrucciones, como paredes o muebles, pueden distorsionar el rango estimado y las lecturas del ángulo, lo que conduce a diversas calidades de estimación de ubicación. La localización basada en estimaciones a menudo se mide con precisión para una distancia determinada, como una precisión del 90% para un rango de 10 metros.
Los sistemas que utilizan tecnologías de localización que no atraviesan paredes, como infrarrojos o ultrasonidos, tienden a ser más precisos en un ambiente interior porque solo las etiquetas y los receptores que tienen línea de visión (o línea de visión cercana) pueden comunicarse.
Aplicaciones
RTLS se puede utilizar en numerosas áreas logísticas u operativas como:
- ubicar y administrar activos dentro de una instalación, como encontrar un carrito de herramientas extraviado en un almacén o equipo médico
- Notificación de nuevas ubicaciones, como una alerta si un carrito de herramientas ha salido de la instalación de manera incorrecta.
- para combinar la identidad de varios artículos colocados en una sola ubicación, como en un palé
- para localizar clientes, por ejemplo en un restaurante, para la entrega de comida o servicio
- para mantener niveles adecuados de personal en las áreas operativas, como garantizar que los guardias estén en los lugares adecuados en una instalación correccional
- para contabilizar rápida y automáticamente a todo el personal después o durante una evacuación de emergencia
- El Hospital General de Toronto está considerando RTLS para reducir los tiempos de cuarentena después de un brote de enfermedades infecciosas. [3] Después de un brote reciente de SARS , el 1% de todo el personal fue puesto en cuarentena, y datos más precisos sobre quiénes habían estado expuestos al virus podrían haber reducido la necesidad de las cuarentenas. [3]
- para rastrear automáticamente y marcar la hora del progreso de las personas o los activos a través de un proceso, como seguir el tiempo de espera de la sala de emergencias de un paciente, el tiempo que pasó en el quirófano y el tiempo total hasta el alta. Un sistema de este tipo se puede utilizar para la mejora de procesos.
- localización de grado clínico para apoyar la gestión de la capacidad de cuidados agudos
Preocupaciones sobre la privacidad
RTLS puede verse como una amenaza a la privacidad cuando se utiliza para determinar la ubicación de las personas. El derecho humano recientemente declarado a la autodeterminación informativa otorga el derecho a evitar que la identidad y los datos personales de una persona sean divulgados a otros y también cubre la divulgación de la localidad, aunque esto generalmente no se aplica al lugar de trabajo .
Varios sindicatos prominentes se han manifestado en contra del uso de los sistemas RTLS para rastrear a los trabajadores llamándolos "el comienzo del Gran Hermano " y "una invasión de la privacidad ". [4]
Las tecnologías actuales de seguimiento de la ubicación se pueden utilizar para identificar a los usuarios de dispositivos móviles de varias formas. En primer lugar, los proveedores de servicios tienen acceso a tecnologías basadas en la red y en teléfonos que pueden localizar un teléfono para casos de emergencia. En segundo lugar, la ubicación histórica se puede discernir con frecuencia a partir de los registros del proveedor de servicios. En tercer lugar, se pueden utilizar otros dispositivos, como puntos de acceso Wi-Fi o receptores IMSI, para rastrear dispositivos móviles cercanos en tiempo real. Finalmente, los sistemas de posicionamiento híbridos combinan diferentes métodos en un intento de superar las deficiencias de cada método individual. [5]
Tipos de tecnologías utilizadas
Existe una amplia variedad de conceptos y diseños de sistemas para proporcionar localización en tiempo real. [6]
- Activo identificación por radio frecuencia (RFID Activa)
- Identificación activa por radiofrecuencia: híbrido infrarrojo (Active RFID-IR)
- Infrarrojos (IR)
- Localización óptica [7] [8]
- Identificación de señales de baja frecuencia
- Identificación por radiofrecuencia semiactiva (RFID semiactiva)
- Localización pasiva RFID RTLS a través de antenas orientables por fase [9]
- Baliza de radio [10]
- Identificación por ultrasonido (US-ID) [11]
- Alcance ultrasónico (US-RTLS) [12]
- Banda ultraancha (UWB) [13]
- Banda ancha sobre estrecha [14]
- Red de área local inalámbrica (WLAN, Wi-Fi) [15]
- Bluetooth [16] [17]
- Agrupación en un ambiente ruidoso [18] [19]
- Sistemas bivalentes [20]
En la Universidad Radboud de Nijmegen se ha elaborado un modelo general para la selección de la mejor solución para un problema de localización . [21] Muchas de estas referencias no cumplen con las definiciones dadas en la normalización internacional con ISO / IEC 19762-5 [22] e ISO / IEC 24730-1. [23] Sin embargo, se sirven algunos aspectos del rendimiento en tiempo real y los aspectos de localización se abordan en el contexto de coordenadas absolutas.
Alcance y angulación
Dependiendo de la tecnología física utilizada, se utiliza al menos uno y, a menudo, alguna combinación de métodos de rango y / o angulación para determinar la ubicación:
- Ángulo de llegada (AoA)
- Ángulo de salida (AoD) (p. Ej., Radiogoniometría Bluetooth [24] presenta una arquitectura RTLS centrada en dispositivos móviles [25] )
- Línea de visión (LoS)
- Hora de llegada (ToA)
- Multilateración (diferencia horaria de llegada) (TDoA)
- Tiempo de vuelo (ToF)
- Rango bidireccional (TWR) según las patentes de Nanotron
- Rango bidireccional simétrico de doble cara (SDS-TWR)
- Rango electromagnético de campo cercano (NFER)
Errores y exactitud
La localización en tiempo real se ve afectada por una variedad de errores. Muchas de las principales razones se relacionan con la física del sistema de localización y es posible que no se reduzcan mejorando el equipo técnico.
- Ninguna o ninguna respuesta directa
Muchos sistemas RTLS requieren una línea de visión clara y directa. Para esos sistemas, donde no hay visibilidad desde las etiquetas móviles a los nodos fijos, no habrá ningún resultado o un resultado no válido de la localización del motor . Esto se aplica a la localización por satélite, así como a otros sistemas RTLS, como el ángulo de llegada y la hora de llegada. La toma de huellas digitales es una forma de superar el problema de la visibilidad: si las ubicaciones en el área de seguimiento contienen huellas digitales de medición distintas, la línea de visión no es necesariamente necesaria. Por ejemplo, si cada ubicación contiene una combinación única de lecturas de intensidad de señal de los transmisores, el sistema de ubicación funcionará correctamente. Esto es cierto, por ejemplo, con algunas soluciones RTLS basadas en Wi-Fi. Sin embargo, tener huellas digitales de intensidad de señal distintas en cada ubicación generalmente requiere una saturación bastante alta de transmisores.
- Ubicación falsa
La ubicación medida puede parecer completamente defectuosa. Este es generalmente el resultado de modelos operativos simples para compensar la pluralidad de fuentes de error. Resulta imposible servir la ubicación adecuada después de ignorar los errores.
- Localización de la acumulación
El tiempo real no es una marca registrada y no tiene una calidad inherente. Varias ofertas navegan bajo este término. Como el movimiento provoca cambios de ubicación, inevitablemente el tiempo de latencia para calcular una nueva ubicación puede ser dominante con respecto al movimiento. O un sistema RTLS que requiere esperar nuevos resultados no vale la pena el dinero o el concepto operativo que solicita actualizaciones de ubicación más rápidas no cumple con el enfoque del sistema elegido.
- Error de ubicación temporal
La ubicación nunca se informará con exactitud , ya que el término tiempo real y el término precisión se contradicen directamente en aspectos de la teoría de la medición, así como el término precisión y el término costo se contradicen en aspectos económicos. Eso no es una exclusión de la precisión, pero las limitaciones con mayor velocidad son inevitables.
- Error de ubicación constante
El reconocimiento de una ubicación notificada de manera constante, aparte de la presencia física, generalmente indica el problema de una sobredeterminación insuficiente y la falta de visibilidad a lo largo de al menos un enlace desde los anclajes residentes hasta los transpondedores móviles. Este efecto también se debe a conceptos insuficientes para compensar las necesidades de calibración.
- Fluctuación de ubicación
El ruido de diversas fuentes tiene una influencia errática en la estabilidad de los resultados. El objetivo de proporcionar una apariencia estable aumenta la latencia, lo que contradice los requisitos de tiempo real.
- Salto de ubicación
Como los objetos que contienen masa tienen limitaciones para saltar, estos efectos están en su mayoría más allá de la realidad física. Los saltos de la ubicación informada que no son visibles con el objeto en sí generalmente indican un modelado incorrecto con el motor de ubicación. Tal efecto es causado por el dominio cambiante de varias respuestas secundarias.
- Fluencia de ubicación
La ubicación de los objetos que residen se informa en movimiento, tan pronto como las medidas tomadas están sesgadas por reflejos de trayectoria secundaria con un peso creciente con el tiempo. Tal efecto es causado por un promedio simple y el efecto indica una discriminación insuficiente de los primeros ecos.
Estándares
ISO / IEC
Los temas básicos de RTLS están estandarizados por la Organización Internacional de Normalización y la Comisión Electrotécnica Internacional bajo la serie ISO / IEC 24730. En esta serie de normas, la norma básica ISO / IEC 24730-1 identifica los términos que describen una forma de RTLS utilizada por un conjunto de proveedores, pero no abarca todo el alcance de la tecnología RTLS.
Actualmente se publican varios estándares:
- ISO / IEC 19762-5: 2008 Tecnología de la información - Técnicas de identificación automática y captura de datos (AIDC) - Vocabulario armonizado - Parte 5: Sistemas de localización
- ISO / IEC 24730-1: 2014 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 1: Interfaz de programación de aplicaciones (API)
- ISO / IEC 24730-2: 2012 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 2: Protocolo de interfaz aérea de 2,4 GHz de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS)
- ISO / IEC 24730-5: 2010 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 5: Chirp de espectro ensanchado (CSS) en la interfaz aérea de 2,4 GHz
- ISO / IEC 24730-21: 2012 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 21: Protocolo de interfaz de aire de 2,4 GHz de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS): Transmisores que funcionan con un código de ensanchamiento único y que emplean una codificación de datos DBPSK y esquema de difusión BPSK
- ISO / IEC 24730-22: 2012 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 22: Protocolo de interfaz de aire de 2,4 GHz de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS): Transmisores que operan con múltiples códigos de dispersión y emplean una codificación de datos QPSK y Esquema de esparcimiento Walsh offset QPSK (WOQPSK)
- ISO / IEC 24730-61: 2013 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 61: Interfaz aérea de frecuencia de repetición de pulsos de baja frecuencia de banda ultra ancha (UWB)
- ISO / IEC 24730-62: 2013 Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 62: Interfaz aérea de frecuencia de repetición de pulsos de alta frecuencia de banda ultra ancha (UWB)
Estos estándares no estipulan ningún método especial para calcular ubicaciones, ni el método para medir ubicaciones. Esto puede definirse en especificaciones para trilateración, triangulación o cualquier enfoque híbrido de computación trigonométrica para modelos planos o esféricos de un área terrestre.
INCITOS
- INCITS 371.1: 2003, Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 1: Protocolo de interfaz aérea de 2,4 GHz
- INCITS 371.2: 2003, Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 2: Protocolo de interfaz aérea de 433 MHz
- INCITS 371.3: 2003, Tecnología de la información - Sistemas de localización en tiempo real (RTLS) - Parte 3: Interfaz de programación de aplicaciones
Limitaciones y discusión adicional
En la aplicación RTLS en la industria de la salud, se publicaron varios estudios que discutían las limitaciones del RTLS actualmente adoptado. Las tecnologías actualmente utilizadas RFID, Wi-Fi, UWB, todas basadas en RFID son peligrosas en el sentido de interferencia con equipos sensibles. Un estudio llevado a cabo por el Dr. Erik Jan van Lieshout del Centro Médico Académico de la Universidad de Amsterdam publicado en JAMA ( Journal of the American Medical Equipment ) [26] afirmó que "RFID y UWB podrían apagar equipos en los que los pacientes confían" como "RFID causó interferencia en 34 de las 123 pruebas que realizaron ”. El primer proveedor de RTLS Bluetooth en la industria médica respalda esto en su artículo: "El hecho de que RFID no se pueda usar cerca de equipos sensibles debería ser en sí mismo una señal de alerta para la industria médica". [27] El RFID Journal respondió a este estudio sin negarlo, sino explicando la solución del caso real: "El estudio de Purdue no mostró ningún efecto cuando los sistemas de frecuencia ultra alta (UHF) se mantuvieron a una distancia razonable de los equipos médicos. habitaciones, cerca de ascensores y sobre puertas entre las alas del hospital o departamentos para rastrear activos no es un problema ". [28] Sin embargo, el caso de "mantenerse a una distancia razonable" podría ser todavía una cuestión abierta para los adoptantes y proveedores de tecnología RTLS en las instalaciones médicas.
En muchas aplicaciones es muy difícil y al mismo tiempo importante hacer una elección adecuada entre varias tecnologías de comunicación (por ejemplo, RFID, WiFi, etc.) que puede incluir RTLS. Las decisiones de diseño incorrectas tomadas en las primeras etapas pueden llevar a resultados catastróficos para el sistema y una pérdida significativa de dinero para la reparación y el rediseño. Para resolver este problema, se desarrolló una metodología especial para la exploración espacial de diseño RTLS. Consiste en pasos como el modelado, la especificación de requisitos y la verificación en un solo proceso eficiente. [29]
Ver también
- Conocimiento del contexto
- Sistema de posicionamiento interior
- Conocimiento de la ubicación
- Tecnologías de posicionamiento
- Seguimiento y localización
- Sistema de seguimiento de vehículos
- Triangulación inalámbrica
Referencias
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Otras lecturas
- Malik, Ajay (2009). RTLS para tontos . Wiley. pag. 384. ISBN 978-0-470-39868-5.
- Geolocalización en interiores mediante redes de área local inalámbricas (Berichte Aus Der Informatik), Michael Wallbaum (2006)
- Sistemas de posicionamiento local: aplicaciones y servicios LBS, Krzysztof Kolodziej & Hjelm Johan, CRC Press Inc (2006)