室內位置信息系統可否成為減緩新冠肺炎的良劑?

為了防止新冠肺炎的進(jìn)一步擴散，全世界都在向一種“新常態(tài)”轉變：大家都在努力保持社交距離并避免人與人之間的接觸。早期證據表明，新冠肺炎在室內的傳播要比在室外更加猛烈，因此，為了不讓辦公室和工廠(chǎng)成為新的集中傳染地，許多公司已經(jīng)開(kāi)始采取措施來(lái)監測員工的移動(dòng)軌跡并追蹤接觸情況。

在辦公室和工廠(chǎng)監測員工的需求與日俱增

要防止感染新冠肺炎，最重要的措施就是與他人保持安全距離并避免接觸。但是，在許多情況下很難做到避免與他人接觸，例如在辦公室和工廠(chǎng)這樣的室內場(chǎng)所。因此，需要利用技術(shù)手段來(lái)實(shí)時(shí)監測員工之間的接觸情況及其移動(dòng)軌跡，從而保障員工的健康和安全并防止傳染擴散，而對于此類(lèi)技術(shù)的需求也與日俱增。

如果是在室外，想要有效地確定人員和物體之間的相對位置，可以采用全球導航衛星系統 (GNSS) 和低功耗藍牙 (BLE) 測距。而對于室內來(lái)說(shuō)，則可以使用各種不同的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（包括 Wi-Fi、藍牙和超寬帶 (UWB)^*1）來(lái)獲取位置信息。例如，商業(yè)設施已經(jīng)部署了藍牙信標^*2，以支持通過(guò)智能手機向客戶(hù)提供位置相關(guān)信息的服務(wù)。但是，藍牙的定位精度只有大約3到10米左右，且依賴(lài)于基礎設施的安裝。想要追蹤傳染病接觸者，就必須增加信標的數量，以便達到足夠的精度。UWB 技術(shù)的特色在于高精度定位，但是，在廣闊的區域內部署這項技術(shù)需要安裝大量的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器和中繼器，這樣就會(huì )產(chǎn)生成本方面的產(chǎn)生負擔。

室內位置信息技術(shù)對比

基于地磁學(xué)的位置信息解決方案介紹

在這種背景下，作為獲取室內位置信息的手段，一種利用地磁學(xué)*3的解決方案引起了人們的關(guān)注。TDK 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了 VENUE ，它是一種位置信息解決方案，利用當今智能手機中存在的地磁傳感器來(lái)顯示人員的實(shí)時(shí)位置。每個(gè)室內位置都有一個(gè)地磁特征，可用于確定手機的位置。

室內定位有若干種方法，但地磁學(xué)通過(guò)與慣性導航^*4的緊密結合，在精準度、可靠性以及開(kāi)發(fā)和維護成本之間實(shí)現了最佳平衡。

TDK 集團旗下子公司 Trusted Positioning Inc.的創(chuàng )始人及現任常務(wù)董事 Chris Goodall 說(shuō)到：“地磁定位的優(yōu)點(diǎn)在于，它適用于所有大型場(chǎng)地，這些場(chǎng)地的結構會(huì )與地球磁場(chǎng)相互作用，這樣一來(lái)就可以使它成為一種不需要基礎設施的室內定位方法，這種方法的精度范圍可以達到 2 米內?！?/span>

VENUE 無(wú)需安裝新的設備和終端，只需創(chuàng )建地磁圖，地磁圖會(huì )將室內布局圖與具體位置的地磁數據（通過(guò)勘測獲得）相結合，這樣就能降低安裝成本，而這也正是 VENUE 的主要優(yōu)勢。利用地磁學(xué)進(jìn)行定位的精度為大約為2米，這對于追蹤感染人員的接觸者來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，尤其是在結合使用室內布局圖的情況下。另外，通過(guò)將地磁信息與來(lái)自智能手機內加速度計^*5和陀螺儀傳感器^*6的信息相結合，VENUE 顯示的位置精度甚至會(huì )更高。

“人們可能會(huì )在走路時(shí)拿著(zhù)智能手機，或者也可能會(huì )把手機放在口袋或背包里。由于用戶(hù)的方位會(huì )一直變化，所以需要使用慣性傳感器來(lái)校準行人移動(dòng)用例中的參數。解決這些問(wèn)題是軌跡追蹤等實(shí)際應用所面臨的最大挑戰，我們的團隊為此花費了很多年來(lái)創(chuàng )建、保護和完善相關(guān)技術(shù)?！盙oodall 介紹道。

VENUE 的功能和特性

VENUE 憑借其獨有的定位技術(shù)，即使在室內也能夠精確地獲取位置信息：地磁傳感器、加速度計和陀螺儀傳感器相結合，同時(shí)輔以藍牙和 Wi-Fi。

接觸者追蹤應用的真實(shí)場(chǎng)景試驗已在進(jìn)行中

從 2020 年 8 月開(kāi)始，位于東京日本橋的 TDK 總部就在使用 VENUE 對員工進(jìn)行接觸者追蹤試驗。員工們攜帶安裝有一款特殊應用程序的智能手機，并將他們在樓層的位置和移動(dòng)軌跡與匿名身份識別信息結合在一起。結合室內結構對人的位置進(jìn)行分析可以更好地跨越墻壁或其他障礙物來(lái)識別直接接觸者并排除假接觸者。如果發(fā)現了某位員工感染，將會(huì )分析數據以識別出過(guò)去兩周內與這名員工有過(guò)直接接觸的人員，并將會(huì )采取要求相關(guān)人員居家隔離等措施。追蹤接觸者的過(guò)程是自動(dòng)完成的，并針對復雜的室內空間進(jìn)行了優(yōu)化。

這種解決方案不僅能夠將那些與感染者有過(guò)密切接觸的人員識別為直接接觸者，還能夠將那些不久前曾在感染者所在區域停留過(guò)的人員作為潛在的“區域接觸者”進(jìn)行追蹤。將位置和經(jīng)過(guò)的時(shí)間結合起來(lái)進(jìn)行分析，能夠改進(jìn)室內直接接觸者追蹤并支持一段時(shí)間內的區域接觸者追蹤，從而實(shí)現更加有效的接觸者追蹤。

在TDK 總部持續進(jìn)行中的試驗

VENUE 在面板上顯示某位員工的軌跡數據。

一位員工持續停留的時(shí)長(cháng)和位置可通過(guò)熱圖的形式以可視化方式呈現。

*這些是目前正在開(kāi)發(fā)中的界面的概念圖。

室內位置信息服務(wù)帶來(lái)新的可能性

由于 VENUE 顯示人和物體的位置和歷史記錄時(shí)不僅會(huì )使用到員工們的智能手機，而且會(huì )使用包含地磁和慣性傳感器的特殊標簽（正在開(kāi)發(fā)中），所以可以將該產(chǎn)品部署到傳染病接觸者追蹤以外的其他多種不同應用場(chǎng)景，例如，監測員工流動(dòng)來(lái)提升運營(yíng)效率，或者追蹤設備的位置來(lái)管理設備的運行狀態(tài)。TDK 目前正在與多家公司合作提出多種不同解決方案設想，以使用位置信息來(lái)改進(jìn)業(yè)務(wù)效率。

“當我們在辦公室的所有樓層引入開(kāi)放式座位時(shí)，我們決定使用 VENUE 來(lái)維護‘實(shí)時(shí)座位表’。我們可以掌握每個(gè)人所在的位置，并希望這將會(huì )促進(jìn)部門(mén)間開(kāi)展踴躍的交流?！保ㄐ≌?宏行，Sato Corporation 社長(cháng)）

“到目前為止，我們都一直都在使用 BLE 信標來(lái)管理倉庫、工廠(chǎng)和工地的員工、物資和設備的移動(dòng)動(dòng)軌跡。部署和維護的成本很高，不過(guò)我們相信使用 VENUE 對于降低成本（尤其是在大規模設施中）將會(huì )非常有效?！保ㄌ锎?敏彥，ZENRIN DataCom 經(jīng)營(yíng)企劃本部長(cháng)）

VENUE 也適用于其他模式的接觸者追蹤，例如，人與機器的接觸、人與車(chē)輛的接觸，以及人與機器人的接觸。將來(lái)的工作環(huán)境預計會(huì )因自動(dòng)化而發(fā)生巨大變化，因此，為了防止人機交互造成新的安全風(fēng)險，VENUE 希望改進(jìn)所有接觸者追蹤應用類(lèi)型的安全性。

VENUE 是一種室內位置信息解決方案，能提供非常精準的位置信息，同時(shí)降低基礎設施方面的成本。就像過(guò)去 GPS 應用于室外定位的發(fā)展過(guò)程一樣，室內定位技術(shù)將來(lái)有可能會(huì )越來(lái)越多地出現在我們的日常生活中。

監測室內人員和物體的位置預計會(huì )有很多不同的應用場(chǎng)景

術(shù)語(yǔ)

1   超寬帶：一種利用 20%（或 500 MHz）以上超寬帶寬的無(wú)線(xiàn)通信方式。

2   信標：一種基于低功耗藍牙（BLE，一種以低功耗為特色的近程無(wú)線(xiàn)技術(shù)）來(lái)獲取位置信息的技術(shù)。也指使用這種技術(shù)的設備。

3   地磁場(chǎng)：地球生成的磁力和磁場(chǎng)。由于地球上每一個(gè)位置的地磁場(chǎng)是不同的，因此可以用于識別室內及室外兩種位置信息。

4   慣性導航：通過(guò)使用加速度計和陀螺儀傳感器來(lái)計算速度和距離從而精確確定自身位置的系統。用于汽車(chē)和航空器的導航系統。

5   加速度計：檢測物體加速度的傳感器。它可以測量物體的運動(dòng)和傾斜，并且裝配在很多智能手機中。

6   陀螺儀傳感器：也稱(chēng)為角速度傳感器。陀螺儀傳感器可以檢測到設備方位和運動(dòng)的變化。例如，在數碼相機和汽車(chē)導航系統中實(shí)現圖像畫(huà)面的穩定。