Tìm hiểu về các công nghệ định vị trong nhà (indoor positioning)

 Sử dụng định vị trong nhà (indoor positioning) được xem là xu hướng đang lên ngôi những năm gần đây. Công nghệ này được đánh giá cao bởi tính hiện đại và dễ ứng dụng của nó.

Công nghệ định vị trong nhà (indoor positioning) được nhiều người nhắc đến với những lợi ích không thể ngờ. Vậy chính xác định vị trong nhà là gì và các công nghệ định vị trong nhà hoạt động ra sao? Hãy cùng Digimap.ai tìm hiểu thêm những công nghệ định vị trong nhà trong bài viết sau đây nhé. 

Thế nào là định vị trong nhà?

Hệ thống định vị trong nhà (IPS – Indoor Position System) hoạt động như một mạng lưới các thiết bị được thiết kế để xác định vị trí của người hoặc vật thể.  IPS chính là công nghệ hỗ trợ cho GPS ở những khu vực nhỏ hơn và cần đòi hỏi độ chính xác cao hơn. Nổi bật nhất trong công nghệ này chính là việc số hóa bản đồ trong các tòa nhà nhiều tầng, sân bay, ngõ hẹp, gara đỗ xe…

Thông thường, các tọa độ trong nhà được thể hiện trực quan bằng chấm màu xanh lam trên bản đồ trong nhà để cung cấp thêm ngữ cảnh cho người dùng. Tương tự như GPS, người dùng không bắt buộc phải nhập điểm đến “Bắt đầu”, mà khi họ bắt đầu đi dọc theo một tuyến đường, chấm màu xanh lam sẽ di chuyển theo họ, cung cấp khả năng tìm đường liền mạch và điều hướng từng bước.

Thế nào là định vị trong nhà? 

Có nhiều thiết bị hiện đại được sử dụng trong công nghệ định vị trong nhà. Các thiết bị phổ biến nhất phải kể đến Smartphone, WiFi và Bluetooth, máy ảnh kỹ thuật số và đồng hồ. Cùng với đó, việc bố trí các rơ-le và đèn hiệu có mục đích trong một khu vực xác định cũng đóng vai trò quan trọng trong các công nghệ định vị. 

Định vị trong Hệ thống định vị trong nhà hoạt động như thế nào?

Định vị trong hệ thống định vị trong nhà hoạt động được nhờ 3 yếu tố chính: Nguồn tín hiệu, Phương pháp định vị và Thiết bị phần cứng. Mỗi yếu tố có những phương thức áp dụng khác nhau. Những công nghệ phổ biến đều được sử dụng rộng rãi.

Nguồn tín hiệu

Nguồn tín hiệu là nguồn gốc hoặc điểm tham chiếu của các tín hiệu được sử dụng để xác định vị trí của thiết bị hoặc vật thể trong môi trường trong nhà. Những tín hiệu này rất quan trọng vì chúng được IPS sử dụng để ước tính vị trí một cách chính xác.

Định vị bởi nguồn tín hiệu hoạt động nhờ một trong hai phương thức: Wireless methods và Non-wireless methods.

Wireless methods 

Phương pháp không dây đề cập đến việc sử dụng công nghệ không dây để xác định vị trí của thiết bị hoặc đồ vật trong môi trường trong nhà (indoor space). Các phương pháp không dây này tận dụng các tín hiệu không dây khác nhau để ước tính vị trí một cách chính xác. Một số công nghệ không dây phổ biến được sử dụng trong IPS bao gồm:

Wi-Fi: là công nghệ phổ biến để định vị trong nhà vì nó có thể được sử dụng để xác định vị trí của thiết bị bằng cách đo cường độ tín hiệu từ các điểm truy cập khác nhau.

Bluetooth Low Energy (BLE): là phiên bản Bluetooth tiêu thụ ít năng lượng được thiết kế để liên lạc trong phạm vi ngắn. Thường được sử dụng để định vị trong nhà vì có thể được ứng dụng để theo dõi chuyển động của thiết bị bằng cách đo cường độ tín hiệu từ các đèn hiệu BLE khác nhau.

Ultra-Wideband (UWB) sử dụng các xung sóng vô tuyến ngắn để liên lạc. UWB rất chính xác và có thể được sử dụng để đo khoảng cách và hướng với độ chính xác cao. UWB thường được sử dụng để định vị trong nhà (indoor positioning) vì nó có thể được sử dụng để theo dõi chuyển động của thiết bị rất chính xác.

Hồng ngoại (IR) là công nghệ không dây sử dụng ánh sáng hồng ngoại để liên lạc. Nó có phạm vi hoạt động ngắn và thường được sử dụng để định vị trong nhà vì có thể được ứng dụng để theo dõi chuyển động của thiết bị bằng cách đo cường độ tín hiệu từ các bộ phát hồng ngoại khác nhau.

Giao tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy được (VLC) sử dụng ánh sáng nhìn thấy được để giao tiếp. Đây là một công nghệ mới có tiềm năng rất nhanh và chính xác. VLC vẫn đang được phát triển nhưng nó có tiềm năng được sử dụng để định vị trong nhà trong tương lai.

Các công nghệ Wireless trong IPS

Các công nghệ định vị Wireless lạ có sự khác nhau về phạm vi đo khoảng cách, độ chính xác, khả năng xuyên thấu qua tường hay chi phí. Mỗi công nghệ đều có những ưu và khuyết điểm riêng. Sau đây sẽ là bảng so sánh các tiêu chí của từng công nghệ. Người dùng có thể chọn sử dụng công nghệ phù hợp:

So sánh các công nghệ nguồn tín hiệu Wireless trong IPS

Non-wireless methods

Các phương pháp Non-wireless đề cập đến các phương pháp liên lạc, truyền dữ liệu hoặc kết nối không dựa vào công nghệ không dây. Các phương pháp này liên quan đến việc truyền thông tin, tín hiệu hoặc dữ liệu thông qua các kết nối hoặc phương tiện vật lý thay vì sử dụng mạng không dây hoặc sóng điện từ. Một số ví dụ về các phương pháp không dây bao gồm:

Dead reckoning (Định vị theo số đo quán tính): là một phương pháp điều hướng sử dụng khoảng cách và hướng di chuyển ước tính để tính toán vị trí hiện tại. Đây là một phương pháp đơn giản có thể được sử dụng với nhiều loại cảm biến, chẳng hạn như la bàn, gia tốc kế và con quay hồi chuyển.

Geomagnetic field sensing (Cảm biến trường địa từ): là phương pháp điều hướng sử dụng từ trường Trái đất để xác định hướng. Đây là một phương pháp rất chính xác, nhưng nó có thể bị ảnh hưởng bởi các dị thường từ tính cục bộ.

Geomagnetic field sensing (Xử lý hình ảnh) là phương pháp điều hướng sử dụng hình ảnh từ camera hoặc các cảm biến khác để xác định các điểm mốc và tính toán vị trí. Đây là một phương pháp rất linh hoạt nhưng có thể tốn kém về mặt tính toán và có thể không chính xác trong mọi môi trường.

Acoustic sensing (Cảm biến âm thanh) là phương pháp điều hướng sử dụng sóng âm thanh để đo khoảng cách và hướng. Đây là một phương pháp rất chính xác nhưng có thể bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn và chướng ngại vật.

Cảm biến âm thanh – một trong những ví dụ của công nghệ non-wireless

Tương tự như phương pháp Wireless, các công nghệ định vị của phương pháp Non-Wireless cũng có sự khác nhau về phạm vi đo khoảng cách, độ chính xác, khả năng xuyên thấu qua tường hay chi phí. Mỗi công nghệ đều có những ưu và khuyết điểm riêng. Sau đây sẽ là bảng so sánh các tiêu chí của từng công nghệ. Người dùng có thể chọn sử dụng công nghệ phù hợp:

So sánh các công nghệ nguồn tín hiệu Non-Wireless trong IPS

Phương pháp định vị

Có 2 phương pháp định vị được sử dụng trong hệ thống định vị trong nhà (IPS), mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng.

Phương pháp dựa trên phạm vi

Sử dụng phép đo khoảng cách giữa thiết bị di động và một hoặc nhiều điểm tham chiếu để ước tính vị trí của thiết bị. Các phương pháp dựa trên phạm vi phổ biến bao gồm:

Received signal strength – RSSI (Cường độ tín hiệu nhận được) là thước đo công suất của tín hiệu nhận được. Các phép đo RSSI có thể được sử dụng để ước tính khoảng cách giữa thiết bị di động và điểm tham chiếu, chẳng hạn như điểm truy cập Wi-Fi hoặc đèn hiệu Bluetooth.

Time of arrival – TOA (Thời gian đến): đo thời gian cần thiết để tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu. Các phép đo TOA có thể được sử dụng để tính khoảng cách giữa thiết bị di động và điểm tham chiếu, chẳng hạn như nút neo UWB.

Time difference of arrival – TDOA (Chênh lệch thời gian đến) đo lường sự khác biệt về thời gian cần thiết để tín hiệu truyền từ máy phát đến hai máy thu khác nhau. Các phép đo TDOA có thể được sử dụng để tính khoảng cách giữa thiết bị di động và hai điểm tham chiếu, chẳng hạn như hai nút neo UWB.

Các phương pháp Non-Wireless dựa trên phạm vi

Phương pháp dựa trên góc

Sử dụng phép đo góc tới (AOA) của tín hiệu để ước tính hướng của nguồn tín hiệu. Các phương pháp dựa trên góc phổ biến bao gồm:

Angle of arrival – AOA (Góc đến): AOA là góc mà tín hiệu đến máy thu. Các phép đo AOA có thể được sử dụng để xác định hướng của nguồn tín hiệu, chẳng hạn như điểm truy cập Wi-Fi hoặc đèn hiệu Bluetooth.

Phase of arrival – POA (Pha đến): POA là pha của tín hiệu tại máy thu. Các phép đo POA có thể được sử dụng để tính toán AOA của tín hiệu, ngay cả khi có nhiều đường.

2 phương pháp định vị có sự khác nhau về phạm vi đo khoảng cách, độ chính xác, khả năng xuyên thấu qua tường hay chi phí. Mỗi phương pháp đều có những ưu và khuyết điểm riêng. Sau đây sẽ là bảng so sánh các tiêu chí của 2 phương pháp. 

So sánh 2 phương pháp định vị trong IPS

Thiết bị phần cứng

Trong Hệ thống định vị trong nhà (IPS), phần cứng đề cập đến các thành phần vật lý được sử dụng để xác định và theo dõi vị trí của vật thể hoặc con người trong môi trường trong nhà. Các thành phần phần cứng này có thể khác nhau tùy thuộc vào công nghệ hoặc hệ thống cụ thể được sử dụng để định vị trong nhà. Một số phần cứng phổ biến được tìm thấy trong IPS bao gồm:

Infrastructure-based (dựa trên cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin)

Các phương pháp này yêu cầu cài đặt cơ sở hạ tầng CNTT phần cứng, chẳng hạn như điểm truy cập Wi-Fi, đèn hiệu BLE hoặc điểm neo UWB trong toàn bộ môi trường trong nhà.

Device-based (dựa trên thiết bị)

Những phương pháp này không yêu cầu cài đặt bất kỳ cơ sở hạ tầng phần cứng nào. Thay vào đó, người ta sử dụng các cảm biến và thuật toán trên thiết bị mục tiêu để xác định vị trí của nó.

Lời kết

Trên đây là tổng hợp những thông tin quan trọng nhất liên quan đến việc phân tích công nghệ định vị trong nhà (indoor positioning). Hy vọng với những nội dung mà Digimap.ai chia sẻ ở trên có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ hiện đại này. 

Bất kì địa điểm hay ngành nghề khác nhau, phần mềm định vị trong nhà có thể cung cấp cho bạn thông tin chi tiết và phân tích có giá trị. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để tìm hiểu thêm về công nghệ, và cách bạn có thể tận dụng dữ liệu định vị trong nhà để mang lại lợi ích cho doanh nghiệp của mình.