BLE Beacon是最佳室內定位解決方案嗎？
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全球IT產(chǎn)業(yè)正在恢復到COVID 19之前的水平。但是，工作習慣卻已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)代，越來(lái)越多的公司的辦公室，從固定座位轉為遠距上班，這也促進(jìn)了室內定位市場(chǎng)增長(cháng)。
在市場(chǎng)規模方面，也因COVID-19的大流行擴大了對室內定位市場(chǎng)的需求。各國政府和企業(yè)正積極導入室內定位解決方案，進(jìn)行設施管理、智能隔離、病毒和人員的追?及管理等。例如，Inpixon以醫療保健市場(chǎng)為目標，提供解決方案以幫助控制COVID-19；捷克的Sewio則是提供 UWB RTLS 解決方案，協(xié)助企業(yè)型員工行跡紀錄并實(shí)現智能隔離。
根據Verified Market Research的最新的研究報告顯示，2019年BLE Beacon和iBeacon的全球市場(chǎng)規模為6.96億美元，預計到2027年將大幅度成長(cháng)到1095.32億美元，從 2020年到2027年的復合年增長(cháng)率高達87.74%(圖一)。
圖一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市場(chǎng)規模預測。（source：Verified Market Research；作者整理）
因此基于各種因素背景下，iBeacons和BLE Beacon的應用越來(lái)越多；例如會(huì )發(fā)現在包括攝影鏡頭、LED照明、PoS設備，和數字電子廣告牌內都能發(fā)現Beacon的解決方案；而智能手機、網(wǎng)絡(luò )設備和基于位置的應用程序也逐漸地普及，以及GPS技術(shù)在室內環(huán)境中的低效率，都推動(dòng)了全球室內定位市場(chǎng)的擴大。
室內定位系統是定位系統領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)分支。為什么除了使用衛星的技術(shù)之外，還有用于室內定位系統的技術(shù)？這是因為僅靠衛星定位的話(huà)，在大樓、機場(chǎng)、小巷、停車(chē)場(chǎng)和地下位置等地方，準確度相當低或者定位完全失敗。
典型的衛星定位需要從至少四顆衛星接收訊號，如果可以接受更多衛星訊號的話(huà)，精確度將會(huì )大幅提升。但是收到的訊號少于3個(gè)衛星數時(shí)，精確度就會(huì )大大降低。
然而這些訊號會(huì )被建筑材料，如屋頂、墻壁和其他物導致衰減和散射。由于衰減和散射，會(huì )讓降低能接收的訊號，使得在室內，利用衛星定位的準確性就會(huì )大幅降低。然而，隨著(zhù)這些年來(lái)接收端靈敏度的提高，雖然室內定位的準確性可能會(huì )降低，但不太可能完全失敗。
但是，僅靠衛星來(lái)進(jìn)行室內定位的話(huà)，對于獲得期待中的精度是遠遠不夠的，這時(shí)就需要透過(guò)無(wú)線(xiàn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行室內定位。例如，藍牙、Wi-Fi、RFID、UWB等。這其中，雖然已經(jīng)有許多公司開(kāi)始導入藍牙，但目前藍牙還沒(méi)有成為室內定位的主流技術(shù)。
藍牙室內定位機制與裝置
藍牙(Bluetooth)是一種用于在短距離的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，例如大家非常熟悉的智能手機和無(wú)線(xiàn)音訊設備之間的連接。而在物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域，藍牙發(fā)表了一種名為BLE(Bluetooth Low Energy)的技術(shù)，顧名思義，其目的是在降低功耗和成本的同時(shí)，還能保持與傳統藍牙相同的通訊范圍。目前藍牙有兩種數據通信方式，BLE是采取較少耗電的廣播方式。
藍牙本身并不是一種定位解決方案，但基于其接近性，被用作微型柵欄的解決方案，透過(guò)將藍牙傳輸設備所發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電波作為參考點(diǎn)，來(lái)確定柵欄的內部和外部。再利用放置在室內多個(gè)藍牙發(fā)射器或接收器的訊號來(lái)確定位置(圖二)，并且通過(guò)調整無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收間隔，達到長(cháng)時(shí)間運作和實(shí)時(shí)確認位置。在國外，立即尋址大多被用于博物館、游樂(lè )園和展覽館的路線(xiàn)搜尋(如會(huì )議室、廁所和停車(chē)場(chǎng))。 
圖二 : 藍牙是利用多個(gè)藍牙發(fā)射器或接收器來(lái)進(jìn)行室內定位。(source：日本ACCESS；作者整理)
其中，由于智慧手機和Beacon等兼容設備的已經(jīng)相當普及，以及藍牙5.1和UWB(超寬帶)的技術(shù)能力不斷突破，目前幾乎都是透過(guò)無(wú)線(xiàn)電波的方式來(lái)提高定位的精度。
例如在某個(gè)團體中，希望隨時(shí)都能掌握每個(gè)成員在建物中的位置或行跡時(shí)(圖三)，就可以讓成員攜帶一個(gè)內建BLE Beacon的傳感器，或已經(jīng)安裝APP的智慧手機。 
圖三 : 利用Beacon定位來(lái)獲得特定區域內是否有成員駐在。(source：三菱DCS；作者整理)
同時(shí)也在建筑物中的適當位置安裝例如ESP32等的訊號處理收發(fā)模塊，來(lái)獲得成員Beacon的訊號強度。此時(shí)，Beacon就會(huì )被定義成是一個(gè)發(fā)送器，當收發(fā)模塊獲得訊號后，就會(huì )將數據發(fā)送到Gateway Device，最后Gateway Device再將所接收到的所有數據合并后上傳到云端進(jìn)行運算處理。
雖然透過(guò)手機的方式來(lái)進(jìn)行定位，會(huì )比傳感器復雜許多。但是，因為目前智能型手機相當普遍，因此在導入成本上會(huì )比傳感器低廉許多。
Beacon與地理圍欄、Wi-Fi和NFC有何不同？
Beacon與地理圍欄
Beacon和地理圍欄(Geo-fencing)不同的是，Beacon主要使使用BLE Beacon技術(shù)，來(lái)加強與智能手機的通信，而地理圍欄則使用GPS訊號。行動(dòng)設備的電池壽命對GPS運作有很大影響，因為地理圍欄需要衛星和移動(dòng)電話(huà)塔來(lái)確定位置。因此與地理圍欄相比，Beacon更準確些，同時(shí)在室內的效果相對更好，而地理圍欄則是適用于戶(hù)外近距離的確認。
技術(shù) | Beacon | Geo-fencing |
電池使用時(shí)間 | 低功耗 | 中度功耗 |
偵測范圍 | 最大范圍為230英尺或70米 | 無(wú)最大范圍 |
偵測精確度 | 1公尺 | 5公尺或16英尺 |
導入成本 | 低成本 | 無(wú)須基礎設施，非常低 |
最佳應用場(chǎng)合 | 是室內場(chǎng)所、室內活動(dòng)、客戶(hù)分析和掌握客戶(hù)忠誠度的理想選擇技術(shù)方案 | 適用于戶(hù)外區域、戶(hù)外活動(dòng)和客戶(hù)分析 |
Beacon與Wi-Fi
Beacon和Wi-Fi是相當類(lèi)似的。都可以透過(guò)發(fā)送容易被行動(dòng)設備檢測到的無(wú)線(xiàn)訊號號來(lái)進(jìn)行識別和傳遞近距離互動(dòng)。但是在基地臺成本上，Beacon比Wi-Fi更便宜，這是Beacon和Wi-Fi最大的不同。
不過(guò)，今天大多數商店、商場(chǎng)和辦公室都至少已經(jīng)有一個(gè)Wi-Fi基地臺，因此在導入Wi-Fi定位時(shí)，可以節省下部分基地臺的成本。由于Beacon設備的價(jià)格比較便宜，大多數機構喜歡使用多個(gè)Beacon，來(lái)獲得目標對象位置更準確的數據，并發(fā)送營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)的資料。而Wi-Fi在近距離營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)方面并無(wú)法提供這樣的準確性。
技術(shù) | Beacon | Wi-Fi |
電池使用時(shí)間 | 低功耗 | 基地臺使用交流電，因此無(wú)電池問(wèn)題 |
偵測范圍 | 最大范圍為230英尺或70米 | 訊號發(fā)射距離可達33英尺或100公尺 |
偵測精確度 | 1公尺 | 1~5公尺 |
導入成本 | 低成本 | 相對較高 |
最佳應用場(chǎng)合 | 是室內場(chǎng)所、室內活動(dòng)、客戶(hù)分析和掌握客戶(hù)忠誠度的理想選擇技術(shù)方案 | 適用于室內活動(dòng)、客戶(hù)分析和掌握客戶(hù)忠誠度 |
Beacon與NFC
Beacon和NFC的主要區別在于用電來(lái)源，NFC是不需要專(zhuān)屬電池提供電力來(lái)操作。此外，NFC Tag比Beacon設備便宜一點(diǎn)，NFC可提供有關(guān)客戶(hù)端的數據相當有限，但能在特定的情況下進(jìn)行工作。
技術(shù) | Beacon | Wi-Fi |
電池使用時(shí)間 | 低功耗 | 無(wú)需電池即可工作 |
偵測范圍 | 最大范圍為230英尺或70米 | 只有幾公分的范圍 |
偵測精確度 | 1公尺 | 只有幾公分的精確度 |
導入成本 | 低成本 | 相對更便宜 |
最佳應用場(chǎng)合 | 是室內場(chǎng)所、室內活動(dòng)、客戶(hù)分析和掌握客戶(hù)忠誠度的理想選擇技術(shù)方案 | 非常適合相對確認、安全性確認、少量訊息傳輸，隨時(shí)隨地提供訊息 |
Beacon定位相對訊號處理
Beacon的定位處理方面，目前最常用的有以下三種方式：
近接性方式
測量出最接近的Beacon。這適用于粗略的位置識別。
三點(diǎn)定位測量方式
安裝多個(gè)具有定義坐目標Beacon，并基于這些Beacon的無(wú)線(xiàn)電波強度進(jìn)行三點(diǎn)測量?？梢垣@得精細坐標，但精度取決于無(wú)線(xiàn)電波的強弱狀態(tài)。
指紋(Fingerprint)定位方式
將空間劃分為多個(gè)區塊，并且針對每個(gè)部分(指紋)預先測量來(lái)自Beacon的訊號強度。再透過(guò)測量值和強度特性最相似的地方來(lái)獲得坐標。但系統每次開(kāi)啟時(shí)都需要重新測量訊號強度，這需要耗費一些時(shí)間和過(guò)程。
Beacon有哪些可追蹤的對象
現階段而言，已被開(kāi)發(fā)出來(lái)可以跟?的一些應用包括了：
?標示出位置
Beacon有助于標示出一個(gè)物理空間，提供高達1米的精度，這比無(wú)法在室內使用地理圍欄的精確度更高一些。
?事件的被觸發(fā)
在智能手機上使用時(shí)，Beacon會(huì )觸發(fā)各種功能，例如進(jìn)入房間時(shí)燈光會(huì )被開(kāi)啟，進(jìn)入商店時(shí)，會(huì )主動(dòng)向手機發(fā)送優(yōu)惠券。也就是說(shuō)，會(huì )依照當時(shí)所處的環(huán)境或場(chǎng)合，觸動(dòng)一些事件的發(fā)生。更常被廠(chǎng)商用來(lái)作為對其客戶(hù)忠誠度計劃的應用，有助于了解客戶(hù)的行為進(jìn)而提供獎勵或優(yōu)惠。
?位置或行跡的追蹤
使用傳統的地理圍欄技術(shù)，沒(méi)有辦法在室內找到某人，但Beacon可以在室內尋找特定人員位置或行跡，就像Google地圖在室外一樣，會(huì )提供某人正往商店、公共汽車(chē)站或博物館的方向行動(dòng)。
?分析和資料收集
Beacon的準確性允許個(gè)人收集比Wi-Fi信號或GPS更可靠的數據?？梢詭椭曛鞲芰私饪蛻?hù)在商店中的移動(dòng)方式和位置。雖然Beacon本身不會(huì )主動(dòng)收集信息，但可以透過(guò)使用像Bleesk的應用程序，來(lái)進(jìn)行主動(dòng)式擷取所需要的數據數據，改善店內的通道、動(dòng)線(xiàn)，實(shí)時(shí)調整營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)，進(jìn)行店內物品或活動(dòng)的改善。
?物品和人員的追蹤
從作業(yè)或運送中獲取信息。例如在運輸和制造部門(mén)，管理人員可以利用Beacons隨時(shí)了解產(chǎn)品的確切位置。
?引導和互動(dòng)
Beacon可以自動(dòng)向APP使用者發(fā)送安全問(wèn)題的通知。例如，可以幫助行走的病人進(jìn)行轉向，或提醒工廠(chǎng)工人注意危險條件的變化，還可以與地理圍欄結合起來(lái)，增加各種導引信息的安全性。
結語(yǔ)
隨著(zhù)低功耗藍牙Beacon技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上已有更多的創(chuàng )新想法被提出?？梢源蠓忍嵘?人員或物品的高精準性。因此Beacon正被開(kāi)始大量應用在保全或門(mén)禁等各種的場(chǎng)合上，例如：被移動(dòng)物品的近接性感測、移動(dòng)設備的位置、利用增強型BLE解決方案來(lái)強化GPS、地理圍欄或Wi-Fi的精確度。
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