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BLE Beacon是最佳室內定位解決方案嗎?
新冠疫情助長+智慧手機加持

【作者: 盧傑瑞】   2022年02月22日 星期二

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全球IT產業正在恢復到COVID 19之前的水準。但是,工作習慣卻已經進入到一個新的時代,越來越多的公司的辦公室,從固定座位轉為遠距上班,這也促進了室內定位市場增長。



在市場規模方面,也因COVID-19的大流行擴大了對室內定位市場的需求。各國政府和企業正積極導入室內定位解決方案,進行設施管理、智慧隔離、病毒和人員的追?及管理等。例如,Inpixon以醫療保健市場為目標,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,協助企業型員工行跡紀錄並實現智慧隔離。


根據Verified Market Research的最新的研究報告顯示,2019年BLE Beacon和iBeacon的全球市場規模為6.96億美元,預計到2027年將大幅度成長到1095.32億美元,從 2020年到2027年的複合年增長率高達87.74%(圖一)。



圖一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市場規模預測。(source:Verified Market Research;作者整理)
圖一 : BLE Beacon和iBeacon的全球市場規模預測。(source:Verified Market Research;作者整理)

因此基於各種因素背景下,iBeacons和BLE Beacon的應用越來越多;例如會發現在包括攝影鏡頭、LED照明、PoS設備,和數位電子看板內都能發現Beacon的解決方案;而智慧手機、網路設備和基於位置的應用程式也逐漸地普及,以及GPS技術在室內環境中的低效率,都推動了全球室內定位市場的擴大。


室內定位系統是定位系統領域的一個技術分支。為什麼除了使用衛星的技術之外,還有用於室內定位系統的技術?這是因為僅靠衛星定位的話,在大樓、機場、小巷、停車場和地下位置等地方,準確度相當低或者定位完全失敗。


典型的衛星定位需要從至少四顆衛星接收訊號,如果可以接受更多衛星訊號的話,精確度將會大幅提升。但是收到的訊號少於3個衛星數時,精確度就會大大降低。


然而這些訊號會被建築材料,如屋頂、牆壁和其他物導致衰減和散射。由於衰減和散射,會讓降低能接收的訊號,使得在室內,利用衛星定位的準確性就會大幅降低。然而,隨著這些年來接收端靈敏度的提高,雖然室內定位的準確性可能會降低,但不太可能完全失敗。


但是,僅靠衛星來進行室內定位的話,對於獲得期待中的精度是遠遠不夠的,這時就需要透過無線技術來進行室內定位。例如,藍牙、Wi-Fi、RFID、UWB等。這其中,雖然已經有許多公司開始導入藍牙,但目前藍牙還沒有成為室內定位的主流技術。


藍牙室內定位機制與裝置

藍牙(Bluetooth)是一種用於在短距離的無線通訊技術,例如大家非常熟悉的智慧手機和無線音訊設備之間的連接。而在物聯網的領域,藍牙發表了一種名為BLE(Bluetooth Low Energy)的技術,顧名思義,其目的是在降低功耗和成本的同時,還能保持與傳統藍牙相同的通訊範圍。目前藍牙有兩種數據通信方式,BLE是採取較少耗電的廣播方式。


藍牙本身並不是一種定位解決方案,但基於其接近性,被用作微型柵欄的解決方案,透過將藍牙傳輸設備所發出的無線電波作為參考點,來確定柵欄的內部和外部。再利用放置在室內多個藍牙發射器或接收器的訊號來確定位置(圖二),並且通過調整無線電波的發射和接收間隔,達到長時間運作和即時確認位置。在國外,即時定位大多被用於博物館、遊樂園和展覽館的路線搜尋(如會議室、廁所和停車場)。



圖二 : 藍牙是利用多個藍牙發射器或接收器來進行室內定位。(source:日本ACCESS;作者整理)
圖二 : 藍牙是利用多個藍牙發射器或接收器來進行室內定位。(source:日本ACCESS;作者整理)

其中,由於智慧手機和Beacon等相容設備的已經相當普及,以及藍牙5.1和UWB(超寬頻)的技術能力不斷突破,目前幾乎都是透過無線電波的方式來提高定位的精度。


例如在某個團體中,希望隨時都能掌握每個成員在建物中的位置或行跡時(圖三),就可以讓成員攜帶一個內建BLE Beacon的感應器,或已經安裝APP的智慧手機。



圖三 : 利用Beacon定位來獲得特定區域內是否有成員駐在。(source:三菱DCS;作者整理)
圖三 : 利用Beacon定位來獲得特定區域內是否有成員駐在。(source:三菱DCS;作者整理)

同時也在建築物中的適當位置安裝例如ESP32等的訊號處理收發模組,來獲得成員Beacon的訊號強度。此時,Beacon就會被定義成是一個發送器,當收發模組獲得訊號後,就會將數據發送到Gateway Device,最後Gateway Device再將所接收到的所有數據合併後上傳到雲端進行運算處理。


雖然透過手機的方式來進行定位,會比感應器複雜許多。但是,因為目前智慧型手機相當普遍,因此在導入成本上會比感應器低廉許多。


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,來加強與智慧手機的通信,而地理圍欄則使用GPS訊號。行動設備的電池壽命對GPS運作有很大影響,因為地理圍欄需要衛星和行動電話塔來確定位置。因此與地理圍欄相比,Beacon更準確些,同時在室內的效果相對更好,而地理圍欄則是適用於戶外近距離的確認。




































技術



Beacon



Geo-fencing



電池使用時間



低功耗



中度功耗



偵測範圍



最大範圍為230英尺或70米



無最大範圍



偵測精確度



1公尺



5公尺或16英尺



導入成本



低成本



無須基礎設施,非常低



最佳應用場合



是室內場所、室內活動、客戶分析和掌握客戶忠誠度的理想選擇技術方案



適用於戶外區域、戶外活動和客戶分析



Beacon與Wi-Fi

Beacon和Wi-Fi是相當類似的。都可以透過發送容易被行動設備檢測到的無線訊號號來進行識別和傳遞近距離互動。但是在基地台成本上,Beacon比Wi-Fi更便宜,這是Beacon和Wi-Fi最大的不同。


不過,今天大多數商店、商場和辦公室都至少已經有一個Wi-Fi基地台,因此在導入Wi-Fi定位時,可以節省下部分基地台的成本。由於Beacon設備的價格比較便宜,大多數機構喜歡使用多個Beacon,來獲得目標對象位置更準確的資料,並發送行銷活動的資料。而Wi-Fi在近距離行銷活動方面並無法提供這樣的準確性。




































技術



Beacon



Wi-Fi



電池使用時間



低功耗



基地台使用交流電,因此無電池問題



偵測範圍



最大範圍為230英尺或70米



訊號發射距離可達33英尺或100公尺



偵測精確度



1公尺



1~5公尺



導入成本



低成本



相對較高



最佳應用場合



是室內場所、室內活動、客戶分析和掌握客戶忠誠度的理想選擇技術方案



適用於室內活動、客戶分析和掌握客戶忠誠度



Beacon與NFC

Beacon和NFC的主要區別在於用電來源,NFC是不需要專屬電池提供電力來操作。此外,NFC Tag比Beacon設備便宜一點,NFC可提供有關客戶端的數據相當有限,但能在特定的情況下進行工作。




































技術



Beacon



Wi-Fi



電池使用時間



低功耗



無需電池即可工作



偵測範圍



最大範圍為230英尺或70米



只有幾公分的範圍



偵測精確度



1公尺



只有幾公分的精確度



導入成本



低成本



相對更便宜



最佳應用場合



是室內場所、室內活動、客戶分析和掌握客戶忠誠度的理想選擇技術方案



非常適合相對確認、安全性確認、少量訊息傳輸,隨時隨地提供訊息



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。這適用於粗略的位置識別。


三點定位測量方式


安裝多個具有定義坐標的Beacon,並基於這些Beacon的無線電波強度進行三點測量。可以獲得精細坐標,但精度取決於無線電波的強弱狀態。


指紋(Fingerprint)定位方式


將空間劃分為多個區塊,並且針對每個部分(指紋)預先測量來自Beacon的訊號強度。再透過測量值和強度特性最相似的地方來獲得坐標。但系統每次開啟時都需要重新測量訊號強度,這需要耗費一些時間和過程。


Beacon有哪些可追蹤的對象

現階段而言,已被開發出來可以跟?的一些應用包括了:


‧標示出位置


Beacon有助於標示出一個物理空間,提供高達1米的精度,這比無法在室內使用地理圍欄的精確度更高一些。


‧事件的被觸發


在智慧手機上使用時,Beacon會觸發各種功能,例如進入房間時燈光會被開啟,進入商店時,會主動向手機發送優惠券。也就是說,會依照當時所處的環境或場合,觸動一些事件的發生。更常被廠商用來作為對其客戶忠誠度計畫的應用,有助於了解客戶的行為進而提供獎勵或優惠。


‧位置或行跡的追蹤


使用傳統的地理圍欄技術,沒有辦法在室內找到某人,但Beacon可以在室內尋找特定人員位置或行跡,就像Google地圖在室外一樣,會提供某人正往商店、公共汽車站或博物館的方向行動。


‧分析和資料收集


Beacon的準確性允許個人收集比Wi-Fi信號或GPS更可靠的數據。可以幫助店主更能了解客戶在商店中的移動方式和位置。雖然Beacon本身不會主動收集資訊,但可以透過使用像Bleesk的應用程式,來進行主動式擷取所需要的數據資料,改善店內的通道、動線,即時調整行銷活動,進行店內物品或活動的改善。


‧物品和人員的追蹤


從作業或運送中獲取資訊。例如在運輸和製造部門,管理人員可以利用Beacons隨時了解產品的確切位置。


‧引導和互動


Beacon可以自動向APP使用者發送安全問題的通知。例如,可以幫助行走的病人進行轉向,或提醒工廠工人注意危險條件的變化,還可以與地理圍欄結合起來,增加各種導引資訊的安全性。


結語

隨著低功耗藍牙Beacon技術的發展,市場上已有更多的創新想法被提出。可以大幅度提昇所跟?人員或物品的高精準性。因此Beacon正被開始大量應用在保全或門禁等各種的場合上,例如:被移動物品的近接性感測、移動設備的位置、利用增強型BLE解決方案來強化GPS、地理圍欄或Wi-Fi的精確度。


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