Unterschiedliche Lokalisierungsmöglichkeiten
25. Juli 2024 - adnexo
Unterschiedliche Lokalisierungsmöglichkeiten mit ax-track erklärt
GNSS (Global Navigational Satellite System)
GNSS ist ein Sammelbegriff für sämtliche Satellitennavigationssysteme und wohl auch die bekannteste Technologie für Positionsbestimmungen. Das verbreitetste GNSS ist das Global Positioning System (GPS) der Vereinigten Staaten von Amerika. Andere GNSS sind GLONASS der Russischen Föderation, Galileo der Europäischen Union und Beidou der Volksrepublik China.
Je nach System werden im Orbit 24 bis 30 Satelliten verwendet, welche die Erde umrunden. Die Satelliten senden kontinuierlich die Position und die Uhrzeit und diese Informationen werden von unseren Trackern empfangen und verarbeitet. Zur Positionsbestimmung müssen die Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen werden. Aus den Signallaufzeiten (die Zeit, die eine Nachricht vom Satelliten zum Empfänger braucht) zu den einzelnen Satelliten können die Tracker dann ihre eigene Position, die Geschwindigkeit und weitere Informationen berechnen.
Technische Hürden von GNSS
Satellitennavigationssysteme wurden ursprünglich dafür entwickelt, die Position eines aktiven Empfängers im Freien zu ermitteln. In der Praxis kommt es aber häufig zur Unterbrechung des Empfangs oder die Tracker sind so konfiguriert, dass sie die Position nur sporadisch ermitteln, um den Stromverbrauch zu minimieren. Diese Umstände führen dazu, dass die Neuberechnung der Position recht lange dauern kann, da der Empfänger die aktuellen Bahnparameter (Almanach) der Satelliten nicht mehr hat.
A-GPS (Assisted Global Positioning System)
Um das Problem der veralteten Bahnparameter zu umgehen, kann das A-GPS-Verfahren eingesetzt werden. Vereinfach gesagt, holt der Empfänger mit A-GPS die aktuellen Bahnparameter von Basisstationen und kann so schneller eine Verbindung zu den Satelliten aufbauen.
Anwendung findet das A-GPS beim Tracken von Fahrzeugen und anderen grösseren Geräten.
Vorteile
- Bestehende Infrastruktur
- Weltweite Abdeckung
- Hohe Genauigkeit
Nachteile
- Eingeschränkte Funktionalität in Innenräumen
- Hoher Stromverbrauch der Empfänger
Bluetooth
Bluetooth ist ein Industriestandard für die Datenübertragung zwischen Geräten über kurze Distanz per Funk. Eine Weiterentwicklung des klassischen Bluetooth ist das sogenannte Bluetooth Low Energy (BLE), in welchem der Energieverbrauch erheblich optimiert werden konnte. Dadurch ist diese Funktechnologie auch für IoT-Anwendungen geeignet, die nicht an einer festen Stromquelle angeschlossen sind. Die Reichweite von BLE-Signalen können je nach Umgebung und eingesetzte Geräte ca. 100 Meter betragen.
Um eine Lokalisierung über Bluetooth in ax-track zu ermöglichen, braucht es zwei Gerätearten:
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Gateways: Unsere Gateways sind BLE-fähige Tracker, deren Positionen bekannt sind. Entweder sind diese fix verbaut oder sie nutzen selbst GNSS, um aktuelle Positionsdaten zu erhalten. Auch Smartphones können mit einer speziellen App als BLE-Gateways verwendet werden.
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Beacons: BLE-Beacons sind kleine und kostengünstige Geräte, die wiederholt BLE-Signale über 2.4 GHz aussenden. Je nach verwendetem Beacon und Protokoll können in der Nachricht noch weitere Informationen, wie Temperaturdaten stehen. Grundsätzlich unterstütz ax-track die Protokolle Eddystone und iBeacon.
Funktionsweise der Positionsbestimmung
Die Signale der Beacons werden von den umstehenden Gateways empfangen und die IDs der Beacons sowie deren Nachrichten werden an ax-track weitergeleitet. Die Positionen der einzelnen Beacons wird in der Plattform dann gleichgesetzt werden wie die aktuelle Position des Gateways. Ausserdem können gemessene Sensordaten (z.B. Temperatur) den Beacons als Messwerte hinterlegt werden. Diese Funktionsweise kann beispielsweise angewendet werden, um zusätzlich zum LKW auch den angehängten Anhänger zu identifizieren, was für die LSVA-Abrechnung relevant ist.
Die Positionsbestimmung ist aber auch umgekehrt möglich: Die Beacons können in Gebäuden, in welchem der GNSS-Empfang schlecht ist, fix platziert werden. Hat ein mobiles Gateway, welches zum Beispiel in einem Fahrzeug installiert ist, in einer Halle kein GNSS-Empfang, empfängt aber Signale des dort platzierten Beacons, können wir in der Plattform trotzdem die Position des Fahrzeuges anzeigen.
Anwendung findet Bluetooth beim Tracken von günstigeren und kleineren Geräten, welche oft in Lagerhallen oder in Fahrzeugen sind. Dazu gehört zum Beispiel das Tracken von Anhängern, die Kühlketten-Überwachung sowie das Indoor-Tracking.
Vorteile
- Geringer Stromverbrauch
- Positionsbestimmung in Gebäuden mit schlechtem GNSS-Empfang
- Kostengünstige Beacons
Nachteile
- Für die Positionsbestimmung braucht es immer Gateways und Beacons
- Begrenzte Reichweite
WiFi-Lokalisierung
Einige unserer Tracker sind mit einem WiFi-Modul ausgerüstet und können damit die Umgebung nach WiFi-Access-Points scannen. Die MAC-Adressen der gefunden Access-Points sowie die Signalstärken werden regelmässig an unsere Plattform gesendet. Diese Informationen werden dann anonymisiert an einen Cloud-Service weitergeleitet, der die Position so wie die Genauigkeit der Positionsbestimmung zurücksendet. Die Ermittlung der Position macht der Cloud-Service über Trilateration: Er verfügt über eine riesige Datenbank, in welcher die MAC-Adressen der Access-Points, sowie deren Position gepflegt sind. Durch die Signalstärke kann der Service die Distanz zu jedem gesehenen Access-Point mehr oder weniger genau berechnen und wenn mindestens drei Access-Points in Reichweite sind, kann mit der Überlagerung der Umkreise, eine Positionsbestimmung erfolgen.
Wenn man weiss, dass die WiFi-Lokalisierung nur in bestimmten Gebieten (zum Beispiel in einer Lagerhalle) zur Anwendung kommt, gibt es auch die Möglichkeit, Signalstärkemessungen an unterschiedlichen Orten vorzunehmen und dann mit den aktuellen Messungen zu vergleichen. Diese Methode nennt sich Fingerprinting.
Die WiFi-Lokalisierung wird meist zusammen mit GNSS verwendet, um eine Positionsgenauigkeit in Gebäuden oder in urbanen Gebieten zu erhöhen.
Vorteile
- Bestehende Infrastruktur
- Hohe Verbreitung der Acess-Points in urbanen Gebieten ermöglichen eine genaue Positionsbestimmung in Städten
- Positionsbestimmung in Gebäuden mit schlechtem GNSS-Empfang
- Weniger Energieverbrauch als GNSS
Nachteile
- Nicht verfügbar in unbewohnten Gebieten