سامانه مکانیابی بلادرنگ

سامانه مکانیابی بلادرنگ (RTLS) سیستمی است برای یافتن موقعیت و ردگیری اشیاء یا افراد در زمان واقعی که عمدتاً در خصوص محدوده‌های مشخص و داخل ساختمان‌ها استفاده می‌شود.
Tag
(برچسب)های وایر-لِس به شی یا فرد مورد نظر متصل شده و سیگنال‌های ارسالی از آن‌ها توسط
Reader
قرائتگرهایی با محل ثابت و از پیش تعیین شده دریافت و موقعیت آن‌ها محاسبه می‌گردد. به عنوان نمونه‌هایی از این‌گونه سیستم‌ها می‌توان به سیستم‌های ردیابی خودروها در پارکینگ، سیستم مکانیابی اشیاء در انبار و سیستم مکانیابی افراد و تجهیزات در بیمارستان‌ها اشاره نمود.
لایه فیزیکی مورد استفاده در سیستم معمولاً برپایه تکنولوژی RF (فرکانس رادیویی) ایجاد می‌شود، ولی در برخی موارد این سیستم در بسترهایی مانند Infrared (فروسرخ) یا Ultrasound (فراصوت) نیز به صورت مستقل یا در کنار RF پیاده‌سازی شده‌است. تگ‌ها و نقاط مرجع (قرائتگرهای) ثابت می‌توانند بسته به مدل سیستم، فرستنده، گیرنده یا هردو حالت را دارا باشند.
این سامانه در حالت کلی، زیرمجموعه‌ای از سامانه موقعیت‌یاب محلی بوده و ارتباطی با سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) ندارد. همچنین اطلاعات مکانی بدست آمده برای تگ‌ها اغلب دربرگیرنده شاخصه‌هایی مانند سرعت یا جهت در فضای سه بعدی نمی‌باشد.

مفهوم موقعیت‌یابی

همان‌طور که اشاره شد این سامانه اغلب در فضاهای داخلی یا محدوده‌های از پیش تعریف شده مورد استفاده قرار می‌گیرد و پوشش فراگیر در سطح جهانی مانند سیستم جی پی اس ندارد. تگ‌های RTLS به شیء / فردی که قرار است ردیابی گردد متصل شده و نقاط مرجع ثابت (قرائتگرها)، که هم می‌توانند نقش پل ارتباطی داشته باشند و هم به عنوان گیرنده سیگنال باشند، در محدوده ساختمان / فضای مورد نظر برای ردیابی تگ‌ها بگونه‌ای نصب می‌شوند که پوشش کاملی در محدوده ایجاد نمایند. در اغلب موارد افزایش تعداد نقاط مرجع (قرائتگر) سبب بالارفتن دقت در تعیین مکان تگ‌ها خواهد شد.
امروزه سیستم‌های مختلفی با نام «سامانه موقعیت یابی بلادرنگ» طراحی و پیاده‌سازی شده‌اند، اما دو مدل طراحی اصلی برای این سیستم‌ها وجود دارد:

موقعیت‌یابی برپایه نقاط خاص (کلیدی)

ساده‌ترین حالت پیاده‌سازی موقعیت‌یابی نقاط کلیدی، دریافت سیگنال‌های برد کوتاه از تگ‌های در حال حرکت توسط یک قرائتگر (reader) مشخص در شبکه است؛ بنابراین تعیین موقعیت با نزدیک شدن تگ و قرائتگر اتفاق می‌افتد. یا در حالتی دیگر، سیگنال شاخص دریافتی از فرستنده‌ای که وظیفه نشان دادن نقطه‌ای خاص را دارد به وسیلهٔ تگ در حال حرکت دریافت شده و از طریق یک کانال ارتباطی به پردازشگر تعیین موقعیت ارسال گردد. میزان دقت در این حالت به صورت یک کره محاط بر نقطه کلیدی، که ابعاد آن با برد دریافتی گیرنده/فرستنده مشخص می‌شود، تعریف می‌شود. استفاده از آنتن‌های جهت دار یا بکارگیری تکنولوژیهایی مانند فروسرخ و فراصوت که محدود به دیوارهای اتاق می‌شوند، در تعیین موقعیت در فضایی با اشکال هندسی مختلف کمک خواهد کرد.

موقعیت‌یابی برپایه مختصات نسبی

در این مدل، سیگنال شاخص ارسالی از تگ‌ها به وسیلهٔ تعدادی از قرائتگرها در شبکه دریافت شده و موقعیت تگ با استفاده از یکی از الگوریتم‌های مکانیابی مانند Trilateration، multilateration یا triangulation تخمین زده می‌شود. یا در حالتی مشابه، سیگنال‌های شاخص از نقاط مرجع سیستم به وسیلهٔ تگ در حال حرکت دریافت و از آنجا به یک کانال ارتباطی با پردازنده تعیین موقعیت رله می‌شود. در موقعیت‌یابی برپایه نقاط مرجع چندگانه به منظور تخمین دقیق موقعیت تگ‌ها، لازم است فاصله نقاط مرجع در شبکه بدرستی تعیین شده باشد. عمل تعیین فواصل را در اصطلاح (ranging) می‌نامند.
روش دیگر برای محاسبه موقعیت نسبی اینست که چنانچه تگ‌ها امکان برقراری ارتباط مستقیم با یکدیگر را دارند، این اطلاعات به طریقی به پردازشگر موقعیت ارسال گردد.

دقت در موقعیت‌یابی

در RF Trilateration برای تخمین موقعیت تگ‌ها از تکنیک تخمین فاصله محل ارسال سیگنال با گیرنده‌های مختلف استفاده می‌شود. اما در RF Triangulation زاویه دریافتی سیگنال ارسالی توسط قرائتگرهای مختلف، پارامتر اصلی محاسبات است. عوامل متعددی مانند دیوارها، مبلمان و غیره می‌توانند روی محدوده برد و زاویه دریافتی سیگنال اخلال ایجاد کنند که موجب کاهش کیفیت تخمین خواهد شد. در چنین وضعیتهایی استفاده از آنتن‌های جهت دار، کالیبراسیون قرائتگرها و افزایش تعداد آنها، به عنوان راهکار افزایش دقت کمک مؤثری خواهد بود. درحالت کلی در سیستم‌های تخمین موقعیت، برای یک محدوده ۱۰ متری دقت تخمین ۹۰٪ (خطای یک متر) به عنوان دقتی مناسب مدنظر قرار گرفته‌است.
گرچه تکنولوژی‌های فروسرخ (Infrared) و فراصوت (Ultrasound)، به دلیل عدم گذر از موانعی مانند دیوار، می‌تواند منجر به تولید دقت بیشتر شود، ولی همین نکته نقطه ضعفی نیز برای آن‌ها به‌شمار رفته و به عنوان مثال چنانچه فرستنده سیگنال در خط دید (line of sight) گیرنده قرار نگرفته باشد به‌طور کلی ناپدید خواهد شد. از دیگر سوءاستفاده از این تکنولوژی‌ها در برخی اماکن مانند محیط‌های بیمارستانی به دلیل اختلال با سیستم‌های فراصوت استفاده شده، کمتر مورد توجه است.

حفظ حریم خصوصی

استفاده از این راهکار برای افراد و پرسنل در نگاه اولیه می‌تواند به عنوان تهدیدی برای حریم خصوصی افراد تلقی گردد. دیدگاهی که در برخورد نخست به وجود می‌آید کنترل افراد و یافتن موقعیت آن‌ها به منظور کنترل ساعت کاری و میزان کارکرد آن‌ها است. به همین منظور مخالفت‌هایی بخصوص از سوی اتحادیه‌های کارگری ابراز گردید.
اما از دیگر سو به دلیل کاربردها و مزایای فراوان بکارگیری چنین راهکاری مطالعاتی انجام شد که نتایج آن جالب توجه بود. به عنوان مثال پس از شیوع گسترده بیماری سارس در آمریکای شمالی، بیمارستان عمومی تورنتو کانادا که از RTLS بهره می‌برد، طی مطالعه‌ای مشاهده کرد که زمان قرنطینه افراد در این بیمارستان به دلیل کنترل صحیح رفت‌وآمدها و نظارت بر روند کار بمیزان قابل توجهی کاهش داشته‌است.
یا در نمونه‌های دیگر می‌توان کاهش زمان رسیدگی به درخواستهای افراد و پرسنل در وضعیت اورژانسی و خطر، کاهش مدت زمان بستری بیماران، کنترل تردد افراد در معرض اشعه در محیط‌های کاری یا پرتودرمانی بیمارستان‌ها را ذکر کرد،
.