Công nghệ định vị bên trong nhà được hoạt động như thế nào?

Công nghệ định vị trong nhà đang là xu hướng trên toàn cầu. Mang đến nhiều lợi ích trong cuộc sống, công nghệ định vị trong nhà đang là xu hướng trên toàn cầu. Vậy công nghệ định vị trong nhà là gì và nó hoạt động như thế nào? Cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Mục lục nội dung

Công nghệ định vị trong nhà ngày càng được ứng dụng phổ biến trên toàn cầu. Về cơ bản có hai cách để xác định vị trí của một người bao gồm: Định vị tuyệt đối và Định vị tương đối hay còn gọi là Định vị chết. 

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đã được ứng dụng trong rất nhiều phần mềm và thiết bị. Các thiết bị không dây như điện thoại thông minh đã được cài đặt sẵn tính năng định vị toàn cầu GPS như một phần không thể thiếu. Độ chính xác của GPS khi sử dụng ở môi trường ngoài trời (outdoor) là rất cao, tuy nhiên, hệ thống định vị toàn cầu GPS không thể cho một kết quả chính xác khi thiết bị ở trong môi trường trong nhà (indoor). Đặc biệt là các môi trường trong các toà nhà lớn như cao ốc, viện bảo tàng, trung tâm thương mại. Định vị trong nhà đã trở thành một trong những chủ đề nghiên cứu được quan tâm nhiều trong những năm trở lại đây và đã có những hệ thống được thương mại hoá.

Công nghệ định vị trong nhà là gì?

Định vị trong nhà là công nghệ cho phép người dùng sử dụng bất kỳ thiết bị nào để định vị chính xác người hoặc địa điểm trong tòa nhà theo thời gian thực. Ví dụ: Giúp người dùng hiểu liệu họ có đang ở đúng tòa nhà và đúng tầng hay không và họ cần phải đi bao xa để đạt được điểm quan tâm mà họ lựa chọn.

Công nghệ định vị
Công nghệ định vị trong nhà ngày càng được ứng dụng phổ biến

Công nghệ định vị trong nhà có thể được cung cấp bởi hai cơ chế khác nhau. Một điều cần lưu ý là sử dụng hệ thống định vị trong nhà (IPS) để theo dõi vị trí của một cá nhân khi sử dụng công cụ tìm đường. Ở các địa điểm ngoài trời, điều này thường được thực hiện bằng công nghệ GPS. 

Những hạn chế kỹ thuật của GPS khiến nó không thể hoạt động trong nhà. Do đó, việc tạo ra một công nghệ định vị trong nhà đòi hỏi một sự cài đặt và lựa chọn tùy chỉnh từ nhiều công nghệ khác nhau. Ví dụ: Các công nghệ như đèn hiệu, Wi-Fi, Li-Fi, thiết bị siêu âm, từ trường trái đất và sự kết hợp cảm biến có thể giúp người dùng tìm thấy vị trí của họ trong các tòa nhà.

Thực tế công nghệ định vị trong nhà không phải lúc nào cũng hoạt động bình thường. Trở ngại phổ biến nhất là cần phải cài đặt phần cứng đắt tiền để khiến nó hoạt động trơn tru. Đối với những người dùng cần một giải pháp rẻ hơn, một giải pháp thay thế cho định vị trong nhà là sử dụng mã QR. Các biển báo có mã QR có thể được triển khai trên các điểm tham chiếu và người dùng bản đồ có thể quét chúng khi cần thiết để cập nhật vị trí của họ trên bản đồ.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ định vị bên trong nhà

Công nghệ định vị trong nhà là một vấn đề rất phức tạp vì các công nghệ thông thường ngoài trời không hoạt động trong các tòa nhà. Do các bức tường và mái nhà, sóng GPS không thể đến máy thu một cách chính xác, dẫn đến việc mất độ chính xác quan trọng có thể lên tới hàng chục mét. Ngoài ra, GPS hoàn toàn không thể xác định được máy thu nằm ở tầng nào, nếu không đề cập đến việc không nhận được tín hiệu nào dưới lòng đất.

Do kích thước của đơn vị đo lường quán tính (IMU), tính toán cổ điển hầu như không thể sử dụng trong nhà. Có một mối liên hệ trực tiếp giữa kích thước của IMU và độ chính xác của nó: IMU càng nhỏ thì độ chính xác càng kém. Vì hầu hết các trường hợp sử dụng trong nhà đều liên quan đến những người sử dụng điện thoại thông minh, nên rất cần thiết phải thay thế các IMU cổ điển quá lớn để có thể nhúng vào điện thoại thông minh.

Công nghệ định vị trong nhà được chia thành bốn loại chính sau: Khoảng cách gần, đo lường ba bên, nhận dạng dấu vân tay và chuyển động. Một số kỹ thuật này có thể được sử dụng một mình, nhưng cũng có thể được kết hợp để cung cấp độ chính xác tốt hơn.

Công nghệ định vị vùng lân cận

Công nghệ định vị vùng lân cận dựa trên sự tiếp xúc trực tiếp hoặc khoảng cách giữa người nhận và thiết bị. Trong hầu hết các trường hợp, ngoài Wifi với tính năng phát hiện phía máy chủ, nó còn được sử dụng ở phía máy khách. Dưới đây là một số công nghệ khả thi:

  • Mã QR / thẻ NFC: Có thể đọc được bằng máy ảnh trên điện thoại thông minh hoặc đầu đọc NFC. Sau đó liên kết mã QR / hình dán NFC với vị trí chính xác trong tòa nhà
  • Thiết bị Bluetooth năng lượng thấp (BLE): Còn được gọi là báo hiệu. Khi điện thoại thông minh ở trong vùng truyền dẫn, đèn hiệu sẽ gửi một tín hiệu có thể đọc được. Càng triển khai nhiều đèn hiệu, vị trí càng chính xác. Sau đó, liên kết vị trí của người dùng với vị trí của thiết bị BLE có tín hiệu mạnh nhất
  • Thiết bị Giao tiếp ánh sáng khả kiến ​​(VLC): Còn được gọi là Li-Fi. Đèn LED sẽ phát ra một tín hiệu vô hình, tín hiệu này có thể được đọc bởi camera của điện thoại thông minh hoặc thiết bị thu chuyên dụng. Vì mỗi đèn có một ID duy nhất, chỉ có thể đọc trực tiếp dưới đèn, nên dễ dàng cung cấp vị trí chính xác
  • Thiết bị siêu âm thường được triển khai trên đầu các hệ thống âm thanh hiện có trong các cửa hàng hoặc trung tâm mua sắm. Tương tự, định vị vùng lân cận hoạt động giống như định vị vùng lân cận BLE và Wi-Fi.
  • Điểm truy cập Wifi có thể được sử dụng để định vị điện thoại thông minh hoặc bất kỳ loại thiết bị nhận biết Wifi nào. Vị trí người dùng được xác định giống như cách đối với các thiết bị BLE
  • Các thiết bị siêu âm thường được triển khai trên đầu các hệ thống âm thanh hiện có bên trong các cửa hàng hoặc trung tâm mua sắm. Một lần nữa, vị trí lân cận hoạt động giống như định vị vùng lân cận BLE và Wi-Fi.
Công nghệ định vị
Nguyên lý hoạt động của công nghệ định vị bên trong nhà

Công nghệ định vị Trilateration

Công nghệ định vị Trilateration sử dụng khoảng cách được tính toán giữa một số máy phát và máy thu để tính toán vị trí của máy phát sau. Khoảng cách được xác định bởi thuật toán RSSI hoặc ToF. RSSI là viết tắt của chỉ báo cường độ tín hiệu nhận được tương đối. Nó cho phép tính toán khoảng cách dựa trên sự suy giảm của sóng vô tuyến tuân theo định luật vật lý bình phương nghịch đảo. Ở đây, việc tính toán khoảng cách không liên quan đến phép tính phức tạp, nhưng do nhạy cảm với các chướng ngại vật như tường, cửa và thậm chí cả người nên độ chính xác rất kém.

Thời gian bay, còn được gọi là ToF, là một phương pháp đo khoảng cách giữa thiết bị phát và thiết bị, dựa trên chênh lệch thời gian giữa quá trình truyền tín hiệu và tín hiệu trở lại thiết bị phát. Không giống như RSSI, ToF liên quan đến giao tiếp khứ hồi và xử lý tín hiệu phức tạp yêu cầu một chipset chuyên dụng. Điều này mang lại độ chính xác tốt hơn và chi phí cao hơn. Sau đây là kỹ thuật sử dụng phép đo ba cạnh:

  • Bluetooth Năng lượng thấp (BLE) và sóng siêu âm, mặc dù chúng là công nghệ gần nhau, chúng vẫn có thể được sử dụng để cung cấp định vị dựa trên trilateration. Sử dụng RSSI để tính toán khoảng cách trên máy khách
  • Wi-Fi có thể sử dụng phép đo ba bên ở phía máy khách (chỉ dành cho Android) hoặc ở phía máy chủ. Loại thứ hai chính xác hơn nhiều, nhưng loại dịch vụ định vị này chỉ có sẵn cho các thiết bị Wifi tiên tiến (chẳng hạn như Cisco CMX, Cisco Meraki). Khoảng cách thường được tính bằng RSSI, nhưng các phần mở rộng cho chuẩn 802.11 sẽ cung cấp hỗ trợ ToF trong tương lai gần
  • Băng siêu rộng là một công nghệ mới nổi khác, và vì ToF được sử dụng để tính toán khoảng cách giữa bộ thu và bộ phát, nó có thể cung cấp một vị trí rất chính xác. Tuy nhiên, công nghệ này có một số nhược điểm: thiếu tiêu chuẩn hóa dẫn đến không có điện thoại thông minh và giá thành cao

Công nghệ định vị bằng vân tay

Công nghệ định vị dấu vân tay sử dụng phép đo tín hiệu trên khắp các tòa nhà để tính toán vị trí của một người. Nó dựa trên giả định rằng hầu như có một tín hiệu duy nhất có thể được ghi lại cho mỗi vị trí. Sau đó, tín hiệu nhận được có thể được so sánh với bản ghi hiện có để tìm ra vị trí hiện tại.

Tuy nhiên, nhận dạng dấu vân tay còn có một mặt khác. Thứ nhất, nó chỉ hoạt động khi đang chuyển động, và thứ hai, nó cần một tín hiệu ổn định theo thời gian. Công nghệ này có thể được sử dụng một mình hoặc có thể cải thiện độ chính xác của các công nghệ định vị khác (thường dựa trên sự trilateration). Ngoài ra, dấu vân tay từ nhiều nguồn có thể được kết hợp cùng một lúc để cải thiện độ chính xác. Sau đây là danh sách các công nghệ có thể sử dụng nhận dạng vân tay:

  • Nhận dạng vân tay Bluetooth Low Energy (BLE) hoạt động rất tốt vì nó có thể được thực hiện ở phía máy khách và tín hiệu BLE được chứng minh là ổn định theo thời gian
  • Nhận dạng vân tay qua Wifi cũng hiệu quả như BLE, nhưng do các hạn chế của Apple, nó không thể được sử dụng trên các thiết bị iOS. Đây là lý do tại sao nó chỉ được sử dụng trên điện thoại thông minh Android và các thiết bị theo dõi cụ thể được các cơ quan tình báo và thực thi pháp luật sử dụng để vượt qua thiết bị gây nhiễu GPS
  • Lấy dấu vân tay từ trường sử dụng những thay đổi độc đáo trong từ trường của trái đất do các thành phần thép trong cấu trúc tòa nhà gây ra. Nó có vẻ hoạt động rất tốt, nhưng do nhiều yếu tố (từ trường trái đất thay đổi, chuyển động của thiết bị, v.v.), nó trở nên không ổn định theo thời gian.
  • Hình ảnh nhận dạng dấu vân tay dựa trên phân tích hình ảnh của bên trong tòa nhà. Nó hoạt động tốt khi có sự khác biệt đáng kể giữa các tầng (bao gồm cả đồ đạc). Trừ khi dấu vân tay đến từ máy ảnh vĩnh viễn có độ phân giải cao có thể làm mới bản ghi thường xuyên, nếu không thì dấu vân tay sẽ không ổn định theo thời gian.

Công nghệ định vị chuyển động

Nguyên lý hoạt động của chuyển động định vị bên trong và bên ngoài tòa nhà là như nhau, nhưng công nghệ thì khác. Vì không thể sử dụng các IMU truyền thống, nên các cảm biến trên điện thoại thông minh được sử dụng để phát hiện và định lượng chuyển động. Danh sách các cảm biến có thể tìm thấy trong hầu hết các điện thoại thông minh bao gồm: la bàn, gia tốc kế, phong vũ biểu, máy đo bước chân. 

Các thuật toán như bộ lọc Kalman và các thuật toán khác lọc và xử lý dữ liệu từ các cảm biến này để tính toán chuyển động tương đối. Vấn đề với các công nghệ này là độ chính xác kém do cảm biến kích thước nhỏ và sai số tích lũy. Không cần phải nói, mức độ chính xác của phương pháp này thấp hơn nhiều so với IMU. Đối với nhận dạng vân tay, tốt hơn nên sử dụng định vị chuyển động để tăng định vị đo lường ba bên, thay vì là một công nghệ độc lập.

Doanh nghiệp tham khảo thêm:
Bản đồ trong nhà là gì? Hướng dẫn người dùng trải nghiệm tối đa công dụng của Indoor Map

Công nghệ GIS là gì và những thành phần tạo nên công nghệ GIS
Những ứng dụng của GIS trong cuộc sống hằng ngày
Hệ thống thông tin địa lý là gì và các thành phần cấu tạo
Hệ thống GIS là gì Top 5 lợi ích của hệ thống GIS
Lợi ích khi lập mô hình quản lý nhà máy xử lý rác bằng công nghệ GIS

eKMap sẵn sàng lắng nghe ý kiến của bạn

Leave a Reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Yêu cầu tư vấn, dùng thử

Let’s Talk

Cho dù bạn đang cần tìm một sản phẩm đầy đủ chức năng hay mở rộng tính năng theo yêu cầu, đội ngũ tư vấn của chúng tôi sẽ giúp bạn tìm ra giải pháp tốt nhất.

 

Hotline Miền Bắc: 091-482-8236

Hotline Miền Nam: 096-148-5665

 

Email: info@ekgis.com.vn