BLE Beacon是最佳室內(nèi)定位解決方案嗎？

全球IT產(chǎn)業(yè)正在恢復(fù)到COVID 19之前的水平。但是，工作習(xí)慣卻已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)代，越來越多的公司的辦公室，從固定座位轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)距上班，這也促進(jìn)了室內(nèi)定位市場增長。

在市場規(guī)模方面，也因COVID-19的大流行擴(kuò)大了對室內(nèi)定位市場的需求。各國政府和企業(yè)正積極導(dǎo)入室內(nèi)定位解決方案，進(jìn)行設(shè)施管理、智能隔離、病毒和人員的追?及管理等。例如，Inpixon以醫(yī)療保健市場為目標(biāo)，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(jì)錄并實(shí)現(xiàn)智能隔離。

根據(jù)Verified Market Research的最新的研究報(bào)告顯示，2019年BLE Beacon和iBeacon的全球市場規(guī)模為6.96億美元，預(yù)計(jì)到2027年將大幅度成長到1095.32億美元，從 2020年到2027年的復(fù)合年增長率高達(dá)87.74%(圖一)。

 
圖一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市場規(guī)模預(yù)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(yīng)用越來越多；例如會(huì)發(fā)現(xiàn)在包括攝影鏡頭、LED照明、PoS設(shè)備，和數(shù)字電子廣告牌內(nèi)都能發(fā)現(xiàn)Beacon的解決方案；而智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和基于位置的應(yīng)用程序也逐漸地普及，以及GPS技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中的低效率，都推動(dòng)了全球室內(nèi)定位市場的擴(kuò)大。

室內(nèi)定位系統(tǒng)是定位系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)分支。為什么除了使用衛(wèi)星的技術(shù)之外，還有用于室內(nèi)定位系統(tǒng)的技術(shù)？這是因?yàn)閮H靠衛(wèi)星定位的話，在大樓、機(jī)場、小巷、停車場和地下位置等地方，準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)突蛘叨ㄎ煌耆　?br/>
典型的衛(wèi)星定位需要從至少四顆衛(wèi)星接收訊號，如果可以接受更多衛(wèi)星訊號的話，精確度將會(huì)大幅提升。但是收到的訊號少于3個(gè)衛(wèi)星數(shù)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(dǎo)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(nèi)，利用衛(wèi)星定位的準(zhǔn)確性就會(huì)大幅降低。然而，隨著這些年來接收端靈敏度的提高，雖然室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性可能會(huì)降低，但不太可能完全失敗。

但是，僅靠衛(wèi)星來進(jìn)行室內(nèi)定位的話，對于獲得期待中的精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這時(shí)就需要透過無線技術(shù)來進(jìn)行室內(nèi)定位。例如，藍(lán)牙、Wi-Fi、RFID、UWB等。這其中，雖然已經(jīng)有許多公司開始導(dǎo)入藍(lán)牙，但目前藍(lán)牙還沒有成為室內(nèi)定位的主流技術(shù)。

藍(lán)牙室內(nèi)定位機(jī)制與裝置
藍(lán)牙(Bluetooth)是一種用于在短距離的無線通信技術(shù)，例如大家非常熟悉的智能手機(jī)和無線音訊設(shè)備之間的連接。而在物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域，藍(lán)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(tǒng)藍(lán)牙相同的通訊范圍。目前藍(lán)牙有兩種數(shù)據(jù)通信方式，BLE是采取較少耗電的廣播方式。

藍(lán)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，透過將藍(lán)牙傳輸設(shè)備所發(fā)出的無線電波作為參考點(diǎn)，來確定柵欄的內(nèi)部和外部。再利用放置在室內(nèi)多個(gè)藍(lán)牙發(fā)射器或接收器的訊號來確定位置(圖二)，并且通過調(diào)整無線電波的發(fā)射和接收間隔，達(dá)到長時(shí)間運(yùn)作和實(shí)時(shí)確認(rèn)位置。在國外，立即尋址大多被用于博物館、游樂園和展覽館的路線搜尋(如會(huì)議室、廁所和停車場)。

 
圖二 : 藍(lán)牙是利用多個(gè)藍(lán)牙發(fā)射器或接收器來進(jìn)行室內(nèi)定位。(source：日本ACCESS；作者整理)

其中，由于智慧手機(jī)和Beacon等兼容設(shè)備的已經(jīng)相當(dāng)普及，以及藍(lán)牙5.1和UWB(超寬帶)的技術(shù)能力不斷突破，目前幾乎都是透過無線電波的方式來提高定位的精度。

例如在某個(gè)團(tuán)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(nèi)建BLE Beacon的傳感器，或已經(jīng)安裝APP的智慧手機(jī)。

 
圖三 : 利用Beacon定位來獲得特定區(qū)域內(nèi)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(dāng)位置安裝例如ESP32等的訊號處理收發(fā)模塊，來獲得成員Beacon的訊號強(qiáng)度。此時(shí)，Beacon就會(huì)被定義成是一個(gè)發(fā)送器，當(dāng)收發(fā)模塊獲得訊號后，就會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到Gateway Device，最后Gateway Device再將所接收到的所有數(shù)據(jù)合并后上傳到云端進(jìn)行運(yùn)算處理。

雖然透過手機(jī)的方式來進(jìn)行定位，會(huì)比傳感器復(fù)雜許多。但是，因?yàn)槟壳爸悄苄褪謾C(jī)相當(dāng)普遍，因此在導(dǎo)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)，來加強(qiáng)與智能手機(jī)的通信，而地理圍欄則使用GPS訊號。行動(dòng)設(shè)備的電池壽命對GPS運(yùn)作有很大影響，因?yàn)榈乩韲鷻谛枰l(wèi)星和移動(dòng)電話塔來確定位置。因此與地理圍欄相比，Beacon更準(zhǔn)確些，同時(shí)在室內(nèi)的效果相對更好，而地理圍欄則是適用于戶外近距離的確認(rèn)。

Beacon與Wi-Fi
Beacon和Wi-Fi是相當(dāng)類似的。都可以透過發(fā)送容易被行動(dòng)設(shè)備檢測到的無線訊號號來進(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，今天大多數(shù)商店、商場和辦公室都至少已經(jīng)有一個(gè)Wi-Fi基地臺，因此在導(dǎo)入Wi-Fi定位時(shí)，可以節(jié)省下部分基地臺的成本。由于Beacon設(shè)備的價(jià)格比較便宜，大多數(shù)機(jī)構(gòu)喜歡使用多個(gè)Beacon，來獲得目標(biāo)對象位置更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并發(fā)送營銷活動(dòng)的資料。而Wi-Fi在近距離營銷活動(dòng)方面并無法提供這樣的準(zhǔn)確性。

Beacon與NFC
Beacon和NFC的主要區(qū)別在于用電來源，NFC是不需要專屬電池提供電力來操作。此外，NFC Tag比Beacon設(shè)備便宜一點(diǎn)，NFC可提供有關(guān)客戶端的數(shù)據(jù)相當(dāng)有限，但能在特定的情況下進(jìn)行工作。

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(biāo)Beacon，并基于這些Beacon的無線電波強(qiáng)度進(jìn)行三點(diǎn)測量?？梢垣@得精細(xì)坐標(biāo)，但精度取決于無線電波的強(qiáng)弱狀態(tài)。

指紋(Fingerprint)定位方式

將空間劃分為多個(gè)區(qū)塊，并且針對每個(gè)部分(指紋)預(yù)先測量來自Beacon的訊號強(qiáng)度。再透過測量值和強(qiáng)度特性最相似的地方來獲得坐標(biāo)。但系統(tǒng)每次開啟時(shí)都需要重新測量訊號強(qiáng)度，這需要耗費(fèi)一些時(shí)間和過程。

Beacon有哪些可追蹤的對象
現(xiàn)階段而言，已被開發(fā)出來可以跟?的一些應(yīng)用包括了：

?標(biāo)示出位置

Beacon有助于標(biāo)示出一個(gè)物理空間，提供高達(dá)1米的精度，這比無法在室內(nèi)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(jī)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)被開啟，進(jìn)入商店時(shí)，會(huì)主動(dòng)向手機(jī)發(fā)送優(yōu)惠券。也就是說，會(huì)依照當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境或場合，觸動(dòng)一些事件的發(fā)生。更常被廠商用來作為對其客戶忠誠度計(jì)劃的應(yīng)用，有助于了解客戶的行為進(jìn)而提供獎(jiǎng)勵(lì)或優(yōu)惠。

?位置或行跡的追蹤

使用傳統(tǒng)的地理圍欄技術(shù)，沒有辦法在室內(nèi)找到某人，但Beacon可以在室內(nèi)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、公共汽車站或博物館的方向行動(dòng)。

?分析和資料收集

Beacon的準(zhǔn)確性允許個(gè)人收集比Wi-Fi信號或GPS更可靠的數(shù)據(jù)?？梢詭椭曛鞲芰私饪蛻粼谏痰曛械囊苿?dòng)方式和位置。雖然Beacon本身不會(huì)主動(dòng)收集信息，但可以透過使用像Bleesk的應(yīng)用程序，來進(jìn)行主動(dòng)式擷取所需要的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，改善店內(nèi)的通道、動(dòng)線，實(shí)時(shí)調(diào)整營銷活動(dòng)，進(jìn)行店內(nèi)物品或活動(dòng)的改善。

?物品和人員的追蹤

從作業(yè)或運(yùn)送中獲取信息。例如在運(yùn)輸和制造部門，管理人員可以利用Beacons隨時(shí)了解產(chǎn)品的確切位置。

?引導(dǎo)和互動(dòng)

Beacon可以自動(dòng)向APP使用者發(fā)送安全問題的通知。例如，可以幫助行走的病人進(jìn)行轉(zhuǎn)向，或提醒工廠工人注意危險(xiǎn)條件的變化，還可以與地理圍欄結(jié)合起來，增加各種導(dǎo)引信息的安全性。

結(jié)語
隨著低功耗藍(lán)牙Beacon技術(shù)的發(fā)展，市場上已有更多的創(chuàng)新想法被提出?？梢源蠓忍嵘?人員或物品的高精準(zhǔn)性。因此Beacon正被開始大量應(yīng)用在保全或門禁等各種的場合上，例如：被移動(dòng)物品的近接性感測、移動(dòng)設(shè)備的位置、利用增強(qiáng)型BLE解決方案來強(qiáng)化GPS、地理圍欄或Wi-Fi的精確度。