精準(zhǔn)定位不可或缺 UWB前進(jìn)商用市場

超寬帶（Ultra Wideband；UWB）是一種無載波通訊技術(shù)，特色是具有強(qiáng)大抗干擾性、高傳輸速度、高安全性、以及低耗電之優(yōu)點(diǎn)。其傳輸速率可達(dá)到480Mbps，是藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的159倍，是Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的18.5倍，因此非常適合應(yīng)用于大量傳輸。而因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/UWB">UWB的頻率比較高、波長也比較短，所以可以用來實(shí)現(xiàn)高精度的定位應(yīng)用，特別是在室內(nèi)定位的領(lǐng)域。

透過UWB來打造精準(zhǔn)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準(zhǔn)定位人員、物料、設(shè)備、車輛等裝置的位置，以方便進(jìn)行各種不同的更高精度應(yīng)用，例如人員物體的追蹤、智能機(jī)器人的運(yùn)用等，UWB都可以扮演最佳的定位技術(shù)。有些解決方案透過UWB搭配其他無線技術(shù)例如UHF RFID等，能用于協(xié)助企業(yè)達(dá)到更完整的管理模式，有效地為各行各業(yè)達(dá)到更安全、更準(zhǔn)確的定位管理，以創(chuàng)造更多利潤、并降低營運(yùn)成本。

UWB室內(nèi)定位功能


 
圖一 : UWB定位的精度提供了明顯優(yōu)勢，其應(yīng)用案例之一就是倉庫的自動(dòng)化。員工能夠在客戶訂購商品時(shí)，快速找到它們。

UWB是一種可用于室內(nèi)定位的短距離無線電技術(shù)。自從FCC于2005年首次開放UWB無線電頻譜用于商業(yè)用途以來，UWB定位系統(tǒng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)引起了產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。這主要是由于UWB定位系統(tǒng)提供的定位精準(zhǔn)度，一般來說，UWB室內(nèi)地位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)定位到30公分或者更小的范圍內(nèi)。

與低功耗藍(lán)牙和Wi-Fi相比，UWB定位是透過傳輸時(shí)間的方法來進(jìn)行測距，也就是Time of Fly（ToF），而不是測量其信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）的方式來完成的。這種方法主要是測量一個(gè)對(duì)象和幾個(gè)接收器（通常是與錨點(diǎn)）之間的光飛行時(shí)間。對(duì)于精確定位來說，至少需要3個(gè)接收器來進(jìn)行三邊測量。

此外，接收器和發(fā)射器之間也必須要有直接的訊號(hào)接觸。透過追蹤物體上的UWB卷標(biāo)，將具備ID、ToF與時(shí)間標(biāo)記的數(shù)據(jù)發(fā)送到定位器，再利用光飛行的時(shí)間來計(jì)算該物體的距離。透過3個(gè)到多個(gè)定位器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行精確度達(dá)到10～30公分的精準(zhǔn)定位。

UWB之所以可以實(shí)現(xiàn)這種精度，主要?dú)w功于它用于傳輸數(shù)據(jù)的超大帶寬（約3～10GHz）。使用更大帶寬意味著訊號(hào)的波長可以更短。因此UWB訊號(hào)可以用更低功率來傳輸，并降低對(duì)于其他無線電頻譜系統(tǒng)的干擾，例如手機(jī)和無線電等。

UWB定位的應(yīng)用
通常在工業(yè)環(huán)境中的室內(nèi)定位技術(shù)需要非常精確的數(shù)據(jù)。使用UWB進(jìn)行室內(nèi)定位具有一些明顯的優(yōu)勢，包括其精確度可以達(dá)到10～30公分，比使用Wi-Fi的5～15米要精準(zhǔn)得多，而延遲時(shí)間也非常低。高度差也可以精確測量。然而，由于UWB技術(shù)是一種特殊的解決方案，需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，因此主要多應(yīng)用于特殊產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上。

雖然精準(zhǔn)的室內(nèi)定位對(duì)于某些應(yīng)用來說可能非常重要，但這并不是立即尋址系統(tǒng)（RTLS）唯一被重視的指標(biāo)。包括成本和易用性，都是選擇室內(nèi)定位技術(shù)時(shí)，必須考慮的其他關(guān)鍵因素。

目前應(yīng)用在工業(yè)4.0的UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準(zhǔn)定位人員、物料、設(shè)備、與車輛等的位置，以方便工廠進(jìn)行各方面的應(yīng)用，如人員物體的追蹤、智能機(jī)器人的運(yùn)用等。以下是幾種工業(yè)中UWB定位技術(shù)的應(yīng)用案例：

●公司或工廠人員的定位，可隨時(shí)清楚顯示位置供調(diào)度的使用。

●公司或工廠人員在工安上的應(yīng)用，譬如危險(xiǎn)區(qū)域的進(jìn)入與監(jiān)控。

●博物館或是展館物體位移應(yīng)用，譬如對(duì)展示物品的移動(dòng)及管理。

●工廠倉儲(chǔ)管理物體定位的應(yīng)用，如物料的標(biāo)明及管理與領(lǐng)用。

●工廠儀器設(shè)備或移動(dòng)負(fù)載車體的定位控制。

●各種需要精確度判別的應(yīng)用，如無人飛機(jī)、機(jī)器人及自動(dòng)倉儲(chǔ)等。

UWB定位的優(yōu)點(diǎn)


 

圖二 : 使用UWB定位，就可以輕松獲取大型倉庫中的所有物品位置信息。

UWB定位技術(shù)的定位精度，提供了明顯的優(yōu)勢，其應(yīng)用案例之一就是倉庫的自動(dòng)化。像亞馬遜這樣的公司擁有巨大的倉庫，里面裝滿了數(shù)十萬甚至數(shù)百萬種不同的物品；獲利能力取決于管理勞動(dòng)力成本，意思就是讓員工能夠在客戶訂購商品時(shí)，快速找到它們。

使用UWB立即尋址技術(shù)，就可以輕松獲取大型倉庫中的所有物品位置信息。配備位置卷標(biāo)的掃描儀，會(huì)在工作人員將每件物品掃描入庫時(shí)，傳輸有關(guān)其位置的信息。記錄有關(guān)位置的三維數(shù)據(jù)，以便可以輕松獲取它們來完成客戶訂單。

安全是UWB定位除了準(zhǔn)確性之外的另一個(gè)特色。例如，在工作人員需要與機(jī)器保持最小距離的工廠產(chǎn)在線，如果人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域，UWB定位系統(tǒng)就可以向機(jī)器人發(fā)出關(guān)閉訊號(hào)。

UWB定位的缺點(diǎn)
雖然沒有其他室內(nèi)定位系統(tǒng)可以與UWB的精準(zhǔn)度相抗衡，但要達(dá)到這種精準(zhǔn)度卻是有相當(dāng)代價(jià)的。UWB定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和位置卷標(biāo)價(jià)格昂貴，通常比起藍(lán)牙或其他系統(tǒng)的卷標(biāo)和閱讀器成本高出10倍，而藍(lán)牙定位的精確度約在一到兩米的范圍內(nèi)。由于許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)并不需要達(dá)到如此精確的定位，因此會(huì)退而求其次，采用藍(lán)牙定位來節(jié)省成本。

此外，UWB定位需要至少三個(gè)接收器來接收卷標(biāo)訊號(hào)，這些卷標(biāo)成本非常昂貴，它們必須同步精準(zhǔn)到奈秒等級(jí)，系統(tǒng)才能準(zhǔn)確計(jì)算位置。在許多設(shè)備中，標(biāo)簽透過纜線連接以保持同步，這增加了設(shè)置的成本和難度。

結(jié)語
對(duì)于需要精確定位以提高生產(chǎn)力或安全性的應(yīng)用，UWB的確是最佳選擇。但是由于設(shè)置的成本和復(fù)雜性，企業(yè)應(yīng)該考慮是否真的需要能夠精確定位資產(chǎn)、材料和人員的位置，或者他們是否可以透過一般的位置信息就可以滿足需求。因此除非需要精確定位，否則藍(lán)牙或Wi-Fi定位其實(shí)就可以以更低的成本來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位工作。