精準定位不可或缺 UWB前進(jìn)商用市場(chǎng)

超寬帶（Ultra Wideband；UWB）是一種無(wú)載波通訊技術(shù)，特色是具有強大抗干擾性、高傳輸速度、高安全性、以及低耗電之優(yōu)點(diǎn)。其傳輸速率可達到480Mbps，是藍牙標準的159倍，是Wi-Fi標準的18.5倍，因此非常適合應用于大量傳輸。而因為UWB的頻率比較高、波長(cháng)也比較短，所以可以用來(lái)實(shí)現高精度的定位應用，特別是在室內定位的領(lǐng)域。

透過(guò)UWB來(lái)打造精準的室內定位系統，是為了能精準定位人員、物料、設備、車(chē)輛等裝置的位置，以方便進(jìn)行各種不同的更高精度應用，例如人員物體的追蹤、智能機器人的運用等，UWB都可以扮演最佳的定位技術(shù)。有些解決方案透過(guò)UWB搭配其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)例如UHF RFID等，能用于協(xié)助企業(yè)達到更完整的管理模式，有效地為各行各業(yè)達到更安全、更準確的定位管理，以創(chuàng )造更多利潤、并降低營(yíng)運成本。

UWB室內定位功能


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

UWB是一種可用于室內定位的短距離無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。自從FCC于2005年首次開(kāi)放UWB無(wú)線(xiàn)電頻譜用于商業(yè)用途以來(lái)，UWB定位系統用于物聯(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定位系統提供的定位精準度，一般來(lái)說(shuō)，UWB室內地位系統能夠實(shí)時(shí)精準定位到30公分或者更小的范圍內。

與低功耗藍牙和Wi-Fi相比，UWB定位是透過(guò)傳輸時(shí)間的方法來(lái)進(jìn)行測距，也就是Time of Fly（ToF），而不是測量其信號強度（RSSI）的方式來(lái)完成的。這種方法主要是測量一個(gè)對象和幾個(gè)接收器（通常是與錨點(diǎn)）之間的光飛行時(shí)間。對于精確定位來(lái)說(shuō)，至少需要3個(gè)接收器來(lái)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接觸。透過(guò)追蹤物體上的UWB卷標，將具備ID、ToF與時(shí)間標記的數據發(fā)送到定位器，再利用光飛行的時(shí)間來(lái)計算該物體的距離。透過(guò)3個(gè)到多個(gè)定位器節點(diǎn)的數據，就可以進(jìn)行精確度達到10～30公分的精準定位。

UWB之所以可以實(shí)現這種精度，主要歸功于它用于傳輸數據的超大帶寬（約3～10GHz）。使用更大帶寬意味著(zhù)訊號的波長(cháng)可以更短。因此UWB訊號可以用更低功率來(lái)傳輸，并降低對于其他無(wú)線(xiàn)電頻譜系統的干擾，例如手機和無(wú)線(xiàn)電等。

UWB定位的應用
通常在工業(yè)環(huán)境中的室內定位技術(shù)需要非常精確的數據。使用UWB進(jìn)行室內定位具有一些明顯的優(yōu)勢，包括其精確度可以達到10～30公分，比使用Wi-Fi的5～15米要精準得多，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，需要適當的設備，因此主要多應用于特殊產(chǎn)業(yè)應用上。

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

目前應用在工業(yè)4.0的UWB室內定位系統，是為了能精準定位人員、物料、設備、與車(chē)輛等的位置，以方便工廠(chǎng)進(jìn)行各方面的應用，如人員物體的追蹤、智能機器人的運用等。以下是幾種工業(yè)中UWB定位技術(shù)的應用案例：

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

●公司或工廠(chǎng)人員在工安上的應用，譬如危險區域的進(jìn)入與監控。

●博物館或是展館物體位移應用，譬如對展示物品的移動(dòng)及管理。

●工廠(chǎng)倉儲管理物體定位的應用，如物料的標明及管理與領(lǐng)用。

●工廠(chǎng)儀器設備或移動(dòng)負載車(chē)體的定位控制。

●各種需要精確度判別的應用，如無(wú)人飛機、機器人及自動(dòng)倉儲等。

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(mǎn)了數十萬(wàn)甚至數百萬(wàn)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(hù)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)位置的三維數據，以便可以輕松獲取它們來(lái)完成客戶(hù)訂單。

安全是UWB定位除了準確性之外的另一個(gè)特色。例如，在工作人員需要與機器保持最小距離的工廠(chǎng)產(chǎn)在線(xiàn)，如果人員誤入危險區域，UWB定位系統就可以向機器人發(fā)出關(guān)閉訊號。

UWB定位的缺點(diǎn)
雖然沒(méi)有其他室內定位系統可以與UWB的精準度相抗衡，但要達到這種精準度卻是有相當代價(jià)的。UWB定位系統的基礎設施和位置卷標價(jià)格昂貴，通常比起藍牙或其他系統的卷標和閱讀器成本高出10倍，而藍牙定位的精確度約在一到兩米的范圍內。由于許多企業(yè)發(fā)現并不需要達到如此精確的定位，因此會(huì )退而求其次，采用藍牙定位來(lái)節省成本。

此外，UWB定位需要至少三個(gè)接收器來(lái)接收卷標訊號，這些卷標成本非常昂貴，它們必須同步精準到奈秒等級，系統才能準確計算位置。在許多設備中，標簽透過(guò)纜線(xiàn)連接以保持同步，這增加了設置的成本和難度。

結語(yǔ)
對于需要精確定位以提高生產(chǎn)力或安全性的應用，UWB的確是最佳選擇。但是由于設置的成本和復雜性，企業(yè)應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(guò)一般的位置信息就可以滿(mǎn)足需求。因此除非需要精確定位，否則藍牙或Wi-Fi定位其實(shí)就可以以更低的成本來(lái)實(shí)現室內定位工作。