Echtzeit-Ortungssystemssysteme (Real-Time Location Systems, RTLS) ermöglichen die digitale Verfolgung des Standortes und der Bewegungen physischer Gegenstände in großen Innenraumanlagen in Echtzeit. Als eine Art von Indoor-Positionierungssystem, nutzt RTLS vorrangig Radiofrequenz Technologien (RF) wie UWB, BLE und Chirp, aber auch drahtlose Geräte wie Tracking-Tags und Smartphones, gemeinsam mit anderen integrierten Komponenten, um kontinuierlich die Position von Personen und Objekten in Bereichen zu bestimmen, die GPS nicht erreichen kann. Dies liefert zuverlässig verwertbare Standortdaten, die verwendet werden können, um den Standort von wichtigen Mitarbeitern, Vermögenswerten, essentieller Ausrüstung und mehr auf einer Live-Indoor-Karte sichtbar zu machen; oder sie können in automatisierte Arbeitsabläufe und Systeme, wie z.B. IoT (Internet der Dinge)-fähige Sicherheitsanwendungen, Asset- und Supply-Chain-Management-Lösungen und mehr integriert werden.
Schätzungen zufolge hat die GPS-Technologie für die US-Privatwirtschaft ein Wirtschaftswachstum von über 1,4 Billionen Dollar (RTI International) erzielt, seit sie in den 1980er Jahren zugänglich gemacht wurde. RTLS erschließt für Innenräume und lokalisierte Bereiche, in denen GPS nicht effektiv ist, den gleichen Wert für die Standortlokalisierung, den GPS für den Außenbereich geschaffen hat. Echtzeit-Ortungssysteme sind eine der wichtigsten Grundlagen für digitale Innovation, digitale Zwillings-Technologie, IoT und Industrie 4.0, helfen Unternehmen im Gesundheitswesen, in der Fertigung, in Lagerhallen und in vielen weiteren Bereichen ihre physischen Abläufe zu transformieren, indem sie die Sicherheit erhöhen, die Effizienz steigern und so die Geschäftsergebnisse verbessern.
Die Details variieren von System zu System, aber jedes RTLS nutzt ein Netzwerk aus vernetzter Hardware und Software, um den Standort von Personen und Objekten innerhalb eines definierten Bereichs zu verfolgen. Die meisten Systeme setzen auf RF-Technologien wie UWB, Bluetooth, WLAN und Chirp für die drahtlose Kommunikation zwischen sendenden, empfangenden und transceivenden Geräten. Ein Tag sendet in kontinuierlichen Intervallen datenkodierte RF-Signale, sogenannte Location-Blinks.
Feste Empfänger (Anchors oder Reader), die im gesamten Werk installiert sind, erfassen diese Signale und leiten die Standortdaten, zusammen mit begleitenden IoT-Daten wie Temperatur oder Batteriestatus, an eine Location Engine weiter, die die Position jedes Geräts berechnet. Die Methode zur Standortbestimmung unterscheidet sich je nach Technologie: distanzbasierte Verfahren wie Time Difference of Arrival (TDoA) sind in der Regel genauer als der Received Signal Strength Indicator (RSSI).
Da ein unternehmensweites Deployment Tausende getrackter Assets umfassen kann, verarbeitet die Location Engine alle gleichzeitig in Echtzeit. Diese Positionsdaten lassen sich anschließend auf einem Live-Digital-Twin des Werks visualisieren oder direkt in Unternehmenssysteme wie ERP und MES einspeisen, um eine Reihe standortbasierter Anwendungsfälle zu ermöglichen.
RTLS-Komponenten ermöglichen zudem Ranging-Anwendungen, bei denen zwei Transceiver-Tags direkt miteinander kommunizieren, um die Distanz zwischen ihnen zu messen, die Grundlage für abstandsbasierte Anwendungsfälle wie die Kollisionsvermeidung zwischen Mitarbeitern und Fahrzeugen.
TDoA verwendet UWB- oder Chirp-Anker, die an einer festen Position in einem Innenraum angebracht werden. Diese Anker erkennen und lokalisieren dann ein Sendegerät, z. B. einen Ortungs-Tag. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen die festen Anker genau synchronisiert werden, damit sie zeitlich exakt abgestimmt sind. Der Ortungs-Tag oder ein anderes Gerät, sendet in regelmäßigen Abständen Signale aus. Diese Signale werden von den Ankern innerhalb der Kommunikationsreichweite empfangen und von diesen mit einem Zeitstempel versehen. Alle mit einem Zeitstempel versehenen Daten werden dann an das zentrale IPS (Innenraumpositionierungs-System) oder RTLS gesendet.
Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten von jedem einzelnen Anker und die Unterschiede in den Ankunftszeiten bei den Ankern und berechnet mithilfe der Multilateration die Koordinaten des Tags. Diese Koordinaten können dann verwendet werden, um den Standort des Geräts auf einem Raumplan sichtbar zu machen oder je nach Anwendung, auch für andere Zwecke genutzt werden.
Während bei TDoA mehrere fest installierte Anker zusammenarbeiten, um den Standort eines mobilen Objekts zu bestimmen, wird beim Two-Way Ranging (TWR) in erster Linie die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen zwei Geräten, wie z. B. Smartphones oder Fahrzeug-Tags genutzt, um die Entfernung zwischen ihnen zu ermitteln. Dies ermöglicht das Erschaffen eines autonomen Kollisionserkennungssystems ohne zusätzliche Infrastruktur. Mit TWR beginnen zwei Geräte, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, zu rangieren und bestimmen die Entfernung zueinander, noch während sie miteinander kommunizieren. Die Zeit die ein Signal benötigt, um sich zwischen ihnen zu bewegen, wird dann mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert und zur Bestimmung ihrer relativen Positionen verwendet, häufig um eine Standortbezogene Kommunikation zu ermöglichen.
AoA ist eine fortschrittliche Ortungsmethode, die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Fingerprinting und RSSI eine höhere Genauigkeit bietet. Dies wird durch die Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Schnittstellen ermöglicht. Um die Richtung zu bestimmen sendet ein mobiles Objekt, z. B. ein Tag oder ein Beacon mit einer Einzelantenne, ein Signal an einen fest installierten RTLS-Sensor mit einem Multi-Antennen-Array. Die Phasenverschiebung der Mehrfachantennen, die sich aus dem Empfang des Signals ergibt, wird gemessen und berechnet, um den Winkel des mobilen Senders zu bestimmen und so einen Bereich einzugrenzen, in dem das zu lokalisierende Objekt treffsicher geortet werden kann.
Einer der Vorteile des AoA-Ansatzes besteht darin, dass er die Anzahl der erforderlichen Referenzpunkte reduziert. Anstelle von mindestens drei Sensoren, wie sie für jeden Multilaterationsansatz erforderlich sind, benötigt man nur zwei, um eine eindeutige Positionsbestimmung zu gewährleisten. Zusätzliche Referenzpunkte erhöhen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der berechneten Positionen. Die Indoor-Positionierung mittels AoA ist zwar genauer als die Signalstärkeverfahren, aber Lösungen, die diese Technik nutzen, kommen gerade erst auf den Markt.
Bei RSSI-basierten Anwendungen erkennen mehrere fest positionierte RTLS-Sensoren signalaussendende Geräte, sowie die Empfangsstärke des Signals. Diese von den Sensoren erfassten Standortdaten werden an den Lokalisierungsserver gesendet. Der Lokalisierungsserver analysiert die Daten und verwendet Multilaterationsalgorithmen, um den Standort der signalaussendenden Geräte zu bestimmen. Alternativ kann auch die Signalstärke nahegelegener Sensoren in Relation zu einem drahtlosen Gerät verwendet werden, um den Standort des Geräts zu bestimmen.
Die Verwendung einer RSSI-basierten Methode mit Multilateration ist die am einfachsten zu implementierende und kostengünstigste Option für die Ortung in Innenräumen. Sie liefert jedoch keine hohe Positionsgenauigkeit, da sie der Signalabschwächung, -absorption, -reflexion und -interferenz unterliegt.
AWARD GEWINNER
RTLS-Lösung des Jahres 2025
Inpixon RTLS wurde mit dem IoT Breakthrough Award 2025 als "RTLS-Lösung des Jahres" ausgezeichnet, was Exzellenz und Innovation in IIoT-RTLS-Lösungen hervorhebt.
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