سیستم موقعیت یابی فضاهای داخلی

یک سیستم مکان یابی فضای داخلی ( آی پی اس ) شبکه ای است از دستگاه ها که در جاهایی  مانند درون ساختمان های چند طبقه، فرودگاه ها، کوچه ها، گاراژهای پارک کردن خودرو و مکانهای زیر زمین که جی پی اس یا دیگر تکنولوژی های مکان یابی دقت کافی ندارند یا به کلی فاقد هر نوع تشخیص هستند ، بکار می رود .

تکنولوژی ها و دستگاه های گوناگونی برای موقعیت یابی فضاهای داخلی از قبیل دستگاهای پیکربندی مجدد مانند تلفن های هوشمند، وای فای و آنتن های بلوتوث، دوربین های دیجیتال و زمان سنج ها با هدف ساخت نصبیجاتی مجهز به تقویت  کننده ها و ایستگاه های هشدار دهنده در یک مکان تعریف شده بکار می روند. چراغ ها، امواج رادیویی، میدان های مغناطیسی، سیگنال های آکوستیک و تحلیل های رفتاری، همگی در شبکه های آی پی اس بکار می روند. آی پی اس می تواند دو سانتی متر از فضای خارجی را بطور دقیق شناسایی می کند. آی پی اس از پوزیشن های مختلف مانند نقاط دستیابی وای فای/لای فای، ایستگاه های هدایت بلوتوث یا ایستگاه های هدایت باند فوق عریض، موقعیت یاب های مغناطیسی و راهبری کور استفاده میکند. آنها یا بطور فعال دستگاه های موبایل (متحرک )  و مشخصات را مکان یابی می کنند یا مکان فراگیری یا محتوای محیطی ای را برای دستگاه ها فراهم میکند که معنی دار و قابل پیگیری است. ماهیت محلی شده ی یک سیستم آی پی اس دارای تکنولوژی های نوری (بصری ) ،رادیویی و حتی آکوستیکی مختلفی است. 

آی پی اس در صنایع تجاری، نظامی، عمده فروشی و ردیابی موجودی کاربرد دارد. چندین سیستم تجاری در بازار وجود دارند ام استانداردی برای سیستم آی پی اس وجود ندارد. در عوض هر کارگذاری ( انستالیشن ) متناسب با ابعاد فضایی تنظیم و سازگار می گردد.  

برای خنثی کردن خطاهای احتمالی باید روش خوبی جهت کاهش معنادار بودجه خطا درنظر گرفته شود. این سیستم می تواند شامل اطلاعاتی از سیستم های دیگر باشد تا بتواند از عهده ابهامات فیزیکی برآید و قادر باشد خطاها را خنثی کند . جهت یابی دستگاه ها ( اغلب جهت نمای مغناطیسی یا گرای مغناطیسی نامیده میشود زیرا میتواند جهت دستگاه های موقیعیت یابی را از جهت یابی عمودی تلفن های هوشمند متمایز کرده و ابهام زدایی نماید )  هم از طریق مرزنشان های موجود در تصاویر گرفته شده از موقعیت های واقعی بدست می آید و هم از طریق بکار گرفتن جهت یاب های سه طرفه ی ایستگاه های هدایت. همچنین تکنولوژی هایی وجود دارد برای کشف اطلاعات مغناطیس سنج که فلز درون ساختمان ها و موقعیت هایی متشکل از متریال استیل یا سنگ آهن را شناسایی می کند.

کاربرده ها و ریزه کاری ها 
به منظور تضعیف سیگنال های ایجاد شده توسط مواد ساختمانی، ماهواره های مبتنی بر سیستم مکان یابی جهانی ( GPS ) تاثیر خود را در مکان های داخلی ساختمان، حداقل برای چهار ماهواره، از دست می دهد. علاوه بر این، بازتاب های چندگانه در سطوح باعث انتشار حالت چند مسیری میشود که خطاهای غیر قابل کنترل را از بین می برد. تاثیرات مشابه، تمام راه حل های شناخته شده برای موقعیت یابی داخلی که از امواج الکترو مغناطیسی برای فرستنده-گیرنده داخلی  استفاده می کند را کاهش می دهد. تعدادی از روش های فیزیکی و ریاضیاتی بکار می روند تا چنین مشکلاتی را خنثی کنند. استفاده از مکان یاب های فرکانس رادیویی برای تصحیح خطا توسط بکارگیری منابع متناوب اطلاعات هدایت کننده از قبیل دستگاه سنجش لختی (IMU )، دوربین های یک چشمه ی سیستم های محلی سازی و نقشه برداری همزمان ( SLAM) و وای فای اس ال ای ام امکان پذیر می گردد. 

سیستم جی پی اس ایالات متحده و دیگر سیستم های سامانه ی ماهواره ای ناوبری جهانی ( GNSS ) عموما برای تاسیس سیستم های مکان یابی داخلی متناسب نیستند زیرا سقف ها، دیوارها دیگر اشیا باعث تضعیف و متفرق شدن ریزموج ها (ماکرو ویوو ها ) می شوند.گرچه ، به منظور اینکه سیگنال های موقعیت یاب در همه جا عمل کنند، می توان بین جی پی اس و موقعیت یاب های داخلی یکپارچه سازی ایجاد گردد. 

در حال حاضر، گیرنده های جی ان اس اس حساس و حساستر ساخته می شوند تا قدرت پردازش میکروچیپ ها افزایش پیدا  کند. گیرنده های جی ان اس اس با حساسیت بالا، قادر به دریافت سیگنال های ماهواره ای در بیشتر محیط های داخلی هستند و تلاش برای موقعیت یابی سه بعدی از فضاهای داخلی موفقیت آمیز بوده است. علاوه بر این، افزایش حساسیت گیرنده ها از تکنیک آ-جی پی اس ( دستیار جی پی اس ) در جایی که تقویم های نجومی و دیگر اطلاعات از طریق یک تلفن موبایل منتقل می گردد استفاده می شود.

گرچه، علی رغم این واقعیت که پوشش مناسب برای چهار ماهواره ی مورد نیاز جهت مکان یابی یک گیرنده با تمام طراحی های فعلی ( در سال های 2008 تا 2011 ) برای موقعیت یابی های داخلی بدست نیامده، نصب جی پی اس در متروی استکهلم با موفقیت انجام شده است. راه حل های گسترش پوشش جی پی اس قادر بوده اند در پوشش دهی و مکان یابی نواحی خاص داخل ساختمانی عملکرد خوبی داشته اند؛و برای چیپ سِت های جی پی اس استاندارد بکار رفته در تلفن های هوشمند هم               

کاربرد دارند.

انواع کاربرد ها 
مکان یابی و نصب: 

درعین حال که بیشتر آی پی اس های فعلی قادر به کشف مکان یک شئ هستند به قدری غیر دقیق هستند که نمی توان از آنها برای شناسایی جهت یک شئ استفاده کرد.  

مکان یابی و ردیابی:

یکی از روش های موفقیت در متناسب و کارآمد بودن عملکرد یک چیز، توانایی در ردیابی است. موقعیت یابی های پشت سر هم ، می تواند خط سیر یک شئ را از اولین وضعیت تا واقعی ترین وضعیت ش نشان دهد. سپس از روش های آماری برای انطباق موقعیت های مکانی تعیین شده در یک دریابی استفاده میشود تا بتوان از طریق آن توانمندی های فیزیکی شئ در حرکت را مشاهد نمود. از این روش برای هدفی که حرکت می کند و همچنین شئ ثابت ( بدون حرکت ) استفاده می شود تا اقدامات و عملکرد های نا معقول و بی هدف شناسایی شوند. در غیر این صورت، یک وضعیت مکانی ثابت یا حتی خط سیر تولید شده می تواند می تواند دنباله سیاری از پرش ها ایجاد کند.   

شناسایی و جدا سازی :

در بیشتر برنامه ها، تعداد هدف ها بیشتر از یکی است. از این رو آی پی اس باید برای هر یک از اهداف مشخص شده توانایی خاص و مناسب در شناسایی کردن داشته باشد و باید قادر به جداسازی و تفاوت قائل شدن بین هر یک از اهداف در هر یک گروه باشد.

یک آی پی اس باید بتواند اشیائی که ردیابی میشوند را شناسایی کند و نسبت به اشیاء مجاور که مورد هدف نیستند بی اعتنا باشد. بسته به نوع طراحی یا یک شبکه سنسور  باید بداند از کدام تگ باید اطلاعات دریافت کند یا باید دستگاه مکان یابی وجود داشته باشد که بتواند به طور مستقیم هدف هارا تشخیص دهد.

تکنولوژی های بی سیم 
هر تکنولوژی بی سیمی میتواند برای مکان یابی مورد استفاده قرار گیرد. بسیاری از سیستم ها هستند که از امتیاز سیرساخت بی سیم برای موقعیت یابی داخل برخوردار هستند. سه سیستم تپولوژی اولیه برای پیکربندی سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارند که عبارتند از : توپولوژی مبتنی بر شبکه، مبتنی بر ترمینال و ترمینال-همیار .

دقت موقعیت یابی توسط به کار گرفتن تجهیزات و نصبیجات دارای زیرساخت بی سیم میتواند افزایش پیدا کند.

سیستم موقعیت یابی بر اساس وای فای(دبلیو پی اس) :

سیستم موقعیت یابی وای فای(WPS) زمانی به کار میروند که جی پی اس ناکارآمد است. تکنیک محلی سازی برای موقعیت یابی توسط نقاط دسترسی بی سیم مبتنی بر سنجش شدت سیگنال دریافتی و روش انگشت نگاری مورد استفاده قرار میگیرد. برای افزایش دقت در روش های انگشت نگاری، تکنیک های پس-پردازش آماری(مانند تئوری مدل آماری گاوسی) میتوانند به کار گرفته شوند تا مجموعه ای مجزا از انگشت نگاری ها به یک دسته توضیع مداوم از آر اس اس آی از هر یک نقاط دسترسی کل موقعیت مکانی انتقال یابد. پارامتر های مفید برای ردیابی موقغیت جغرافیایی هات اسپات وای فای یا نقاط دسترسی بی سیم شامل اس اس آی دی و آدرس ام ای سی میباشد.میزان دقت بستگی به تعداد موقعیت های مکانی دارد که وارد پایگاه داده میشود. نوسانات احتمالی ممکن است در سیگنال رخ دهد که میتواند میزان خطا را بالا ببرد و از دقت مسیر کاربر بکاهد.

بلوتوث :

کاربرد بلوتوث در ابتدا در صورت نزدیکی و مجاورت دستگاه ها کاربرد داشته است، در درباره موقعیت مکانی دقیق. هدف اولیه بلوتوث مانند جی پی اس نبوده است.(جی پی اس یه موقعیت خاص را نشان میدهد.

بلوتوث به عنوان یک ریز حفاظ یا حفاظ جغرافیایی هم شناخته میشود که میتواند به عنوان راه حلی در ردیابی اشیاء در مکان های داخلی به کار رود اما موقعیت یابی دقیق ندارد. یکی از کاربرد های بلوتوث این است که میتوان آن را به نقشه کشی فضاهای داخلی پیوند داد.

از دیگر کاربرد های بلوتوث این است که میتوان موقعیت یابی اسپیکر بلوتوث و شبکه خانگی را همزمان به طور گسترده برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار داد.

دیگر تکنولوژی ها بی سیم عبارتند از : 

شاخص قدرت سیگنال دریافتی

شناسایی زاویه ورود سیگنال

شناسایی زمان ورود سیگنال

زاویه اتصال و زمان ورود سیگنال 

فروسرخ : سابقا در بیشتر دستگاه های موبایل هم از اینفرارد استفاده میشد

پهنای فوق عریض : تداخل با دیگر دستگاه هارا کاهش میدهد

فرا صوت : امواجی مه بسیار آهسته حرکت میکنند که در نتیجه دقت را افزایش میدهند

سنسور هایی با دامنه بالا

جستار های وابسته 
.سامانه خودرویاب

.سامانه فیزیکی-سایبری

.ناوبری کور

.میدان مغناطیسی زمین

.زمین‌موقعیت‌یابی

.گوگل مپس

.اتوماسیون خانگی

.شبکه‌ی خانگی

.اینترنت اشیاء

.برنامه‌ریزی حرکت

منابع 
https://en.wikipedia.org/wiki/Indoor_positioning_system