室內(nèi)位置信息系統(tǒng)可否成為減緩新冠肺炎的良劑?

為了防止新冠肺炎的進(jìn)一步擴(kuò)散，全世界都在向一種“新常態(tài)”轉(zhuǎn)變：大家都在努力保持社交距離并避免人與人之間的接觸。早期證據(jù)表明，新冠肺炎在室內(nèi)的傳播要比在室外更加猛烈，因此，為了不讓辦公室和工廠成為新的集中傳染地，許多公司已經(jīng)開(kāi)始采取措施來(lái)監(jiān)測(cè)員工的移動(dòng)軌跡并追蹤接觸情況。

在辦公室和工廠監(jiān)測(cè)員工的需求與日俱增

要防止感染新冠肺炎，最重要的措施就是與他人保持安全距離并避免接觸。但是，在許多情況下很難做到避免與他人接觸，例如在辦公室和工廠這樣的室內(nèi)場(chǎng)所。因此，需要利用技術(shù)手段來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)員工之間的接觸情況及其移動(dòng)軌跡，從而保障員工的健康和安全并防止傳染擴(kuò)散，而對(duì)于此類(lèi)技術(shù)的需求也與日俱增。

如果是在室外，想要有效地確定人員和物體之間的相對(duì)位置，可以采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 和低功耗藍(lán)牙 (BLE) 測(cè)距。而對(duì)于室內(nèi)來(lái)說(shuō)，則可以使用各種不同的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（包括 Wi-Fi、藍(lán)牙和超寬帶 (UWB)^*1）來(lái)獲取位置信息。例如，商業(yè)設(shè)施已經(jīng)部署了藍(lán)牙信標(biāo)^*2，以支持通過(guò)智能手機(jī)向客戶(hù)提供位置相關(guān)信息的服務(wù)。但是，藍(lán)牙的定位精度只有大約3到10米左右，且依賴(lài)于基礎(chǔ)設(shè)施的安裝。想要追蹤傳染病接觸者，就必須增加信標(biāo)的數(shù)量，以便達(dá)到足夠的精度。UWB 技術(shù)的特色在于高精度定位，但是，在廣闊的區(qū)域內(nèi)部署這項(xiàng)技術(shù)需要安裝大量的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器和中繼器，這樣就會(huì)產(chǎn)生成本方面的產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。

室內(nèi)位置信息技術(shù)對(duì)比

基于地磁學(xué)的位置信息解決方案介紹

在這種背景下，作為獲取室內(nèi)位置信息的手段，一種利用地磁學(xué)*3的解決方案引起了人們的關(guān)注。TDK 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了 VENUE ，它是一種位置信息解決方案，利用當(dāng)今智能手機(jī)中存在的地磁傳感器來(lái)顯示人員的實(shí)時(shí)位置。每個(gè)室內(nèi)位置都有一個(gè)地磁特征，可用于確定手機(jī)的位置。

室內(nèi)定位有若干種方法，但地磁學(xué)通過(guò)與慣性導(dǎo)航^*4的緊密結(jié)合，在精準(zhǔn)度、可靠性以及開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本之間實(shí)現(xiàn)了最佳平衡。

TDK 集團(tuán)旗下子公司 Trusted Positioning Inc.的創(chuàng)始人及現(xiàn)任常務(wù)董事 Chris Goodall 說(shuō)到：“地磁定位的優(yōu)點(diǎn)在于，它適用于所有大型場(chǎng)地，這些場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)會(huì)與地球磁場(chǎng)相互作用，這樣一來(lái)就可以使它成為一種不需要基礎(chǔ)設(shè)施的室內(nèi)定位方法，這種方法的精度范圍可以達(dá)到 2 米內(nèi)。”

VENUE 無(wú)需安裝新的設(shè)備和終端，只需創(chuàng)建地磁圖，地磁圖會(huì)將室內(nèi)布局圖與具體位置的地磁數(shù)據(jù)（通過(guò)勘測(cè)獲得）相結(jié)合，這樣就能降低安裝成本，而這也正是 VENUE 的主要優(yōu)勢(shì)。利用地磁學(xué)進(jìn)行定位的精度為大約為2米，這對(duì)于追蹤感染人員的接觸者來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，尤其是在結(jié)合使用室內(nèi)布局圖的情況下。另外，通過(guò)將地磁信息與來(lái)自智能手機(jī)內(nèi)加速度計(jì)^*5和陀螺儀傳感器^*6的信息相結(jié)合，VENUE 顯示的位置精度甚至?xí)摺?/span>

“人們可能會(huì)在走路時(shí)拿著智能手機(jī)，或者也可能會(huì)把手機(jī)放在口袋或背包里。由于用戶(hù)的方位會(huì)一直變化，所以需要使用慣性傳感器來(lái)校準(zhǔn)行人移動(dòng)用例中的參數(shù)。解決這些問(wèn)題是軌跡追蹤等實(shí)際應(yīng)用所面臨的最大挑戰(zhàn)，我們的團(tuán)隊(duì)為此花費(fèi)了很多年來(lái)創(chuàng)建、保護(hù)和完善相關(guān)技術(shù)?！盙oodall 介紹道。

VENUE 的功能和特性

VENUE 憑借其獨(dú)有的定位技術(shù)，即使在室內(nèi)也能夠精確地獲取位置信息：地磁傳感器、加速度計(jì)和陀螺儀傳感器相結(jié)合，同時(shí)輔以藍(lán)牙和 Wi-Fi。

接觸者追蹤應(yīng)用的真實(shí)場(chǎng)景試驗(yàn)已在進(jìn)行中

從 2020 年 8 月開(kāi)始，位于東京日本橋的 TDK 總部就在使用 VENUE 對(duì)員工進(jìn)行接觸者追蹤試驗(yàn)。員工們攜帶安裝有一款特殊應(yīng)用程序的智能手機(jī)，并將他們?cè)跇菍拥奈恢煤鸵苿?dòng)軌跡與匿名身份識(shí)別信息結(jié)合在一起。結(jié)合室內(nèi)結(jié)構(gòu)對(duì)人的位置進(jìn)行分析可以更好地跨越墻壁或其他障礙物來(lái)識(shí)別直接接觸者并排除假接觸者。如果發(fā)現(xiàn)了某位員工感染，將會(huì)分析數(shù)據(jù)以識(shí)別出過(guò)去兩周內(nèi)與這名員工有過(guò)直接接觸的人員，并將會(huì)采取要求相關(guān)人員居家隔離等措施。追蹤接觸者的過(guò)程是自動(dòng)完成的，并針對(duì)復(fù)雜的室內(nèi)空間進(jìn)行了優(yōu)化。

這種解決方案不僅能夠?qū)⒛切┡c感染者有過(guò)密切接觸的人員識(shí)別為直接接觸者，還能夠?qū)⒛切┎痪们霸诟腥菊咚趨^(qū)域停留過(guò)的人員作為潛在的“區(qū)域接觸者”進(jìn)行追蹤。將位置和經(jīng)過(guò)的時(shí)間結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，能夠改進(jìn)室內(nèi)直接接觸者追蹤并支持一段時(shí)間內(nèi)的區(qū)域接觸者追蹤，從而實(shí)現(xiàn)更加有效的接觸者追蹤。

在TDK 總部持續(xù)進(jìn)行中的試驗(yàn)

VENUE 在面板上顯示某位員工的軌跡數(shù)據(jù)。

一位員工持續(xù)停留的時(shí)長(zhǎng)和位置可通過(guò)熱圖的形式以可視化方式呈現(xiàn)。

*這些是目前正在開(kāi)發(fā)中的界面的概念圖。

室內(nèi)位置信息服務(wù)帶來(lái)新的可能性

由于 VENUE 顯示人和物體的位置和歷史記錄時(shí)不僅會(huì)使用到員工們的智能手機(jī)，而且會(huì)使用包含地磁和慣性傳感器的特殊標(biāo)簽（正在開(kāi)發(fā)中），所以可以將該產(chǎn)品部署到傳染病接觸者追蹤以外的其他多種不同應(yīng)用場(chǎng)景，例如，監(jiān)測(cè)員工流動(dòng)來(lái)提升運(yùn)營(yíng)效率，或者追蹤設(shè)備的位置來(lái)管理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。TDK 目前正在與多家公司合作提出多種不同解決方案設(shè)想，以使用位置信息來(lái)改進(jìn)業(yè)務(wù)效率。

“當(dāng)我們?cè)谵k公室的所有樓層引入開(kāi)放式座位時(shí)，我們決定使用 VENUE 來(lái)維護(hù)‘實(shí)時(shí)座位表’。我們可以掌握每個(gè)人所在的位置，并希望這將會(huì)促進(jìn)部門(mén)間開(kāi)展踴躍的交流?！保ㄐ≌?宏行，Sato Corporation 社長(zhǎng)）

“到目前為止，我們都一直都在使用 BLE 信標(biāo)來(lái)管理倉(cāng)庫(kù)、工廠和工地的員工、物資和設(shè)備的移動(dòng)動(dòng)軌跡。部署和維護(hù)的成本很高，不過(guò)我們相信使用 VENUE 對(duì)于降低成本（尤其是在大規(guī)模設(shè)施中）將會(huì)非常有效?！保ㄌ锎?敏彥，ZENRIN DataCom 經(jīng)營(yíng)企劃本部長(zhǎng)）

VENUE 也適用于其他模式的接觸者追蹤，例如，人與機(jī)器的接觸、人與車(chē)輛的接觸，以及人與機(jī)器人的接觸。將來(lái)的工作環(huán)境預(yù)計(jì)會(huì)因自動(dòng)化而發(fā)生巨大變化，因此，為了防止人機(jī)交互造成新的安全風(fēng)險(xiǎn)，VENUE 希望改進(jìn)所有接觸者追蹤應(yīng)用類(lèi)型的安全性。

VENUE 是一種室內(nèi)位置信息解決方案，能提供非常精準(zhǔn)的位置信息，同時(shí)降低基礎(chǔ)設(shè)施方面的成本。就像過(guò)去 GPS 應(yīng)用于室外定位的發(fā)展過(guò)程一樣，室內(nèi)定位技術(shù)將來(lái)有可能會(huì)越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中。

監(jiān)測(cè)室內(nèi)人員和物體的位置預(yù)計(jì)會(huì)有很多不同的應(yīng)用場(chǎng)景

術(shù)語(yǔ)

1   超寬帶：一種利用 20%（或 500 MHz）以上超寬帶寬的無(wú)線(xiàn)通信方式。

2   信標(biāo)：一種基于低功耗藍(lán)牙（BLE，一種以低功耗為特色的近程無(wú)線(xiàn)技術(shù)）來(lái)獲取位置信息的技術(shù)。也指使用這種技術(shù)的設(shè)備。

3   地磁場(chǎng)：地球生成的磁力和磁場(chǎng)。由于地球上每一個(gè)位置的地磁場(chǎng)是不同的，因此可以用于識(shí)別室內(nèi)及室外兩種位置信息。

4   慣性導(dǎo)航：通過(guò)使用加速度計(jì)和陀螺儀傳感器來(lái)計(jì)算速度和距離從而精確確定自身位置的系統(tǒng)。用于汽車(chē)和航空器的導(dǎo)航系統(tǒng)。

5   加速度計(jì)：檢測(cè)物體加速度的傳感器。它可以測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)和傾斜，并且裝配在很多智能手機(jī)中。

6   陀螺儀傳感器：也稱(chēng)為角速度傳感器。陀螺儀傳感器可以檢測(cè)到設(shè)備方位和運(yùn)動(dòng)的變化。例如，在數(shù)碼相機(jī)和汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)圖像畫(huà)面的穩(wěn)定。