Những điều cần biết về định vị trong nhà

Máy định vị GPS (global positioning system - hệ thống định vị toàn cầu) không thể vận hành nếu chưa nhận được tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh nên người ta thường phải sử dụng ngoài trời. Hơn nữa, GPS không đủ chính xác khi dùng nó để tìm kiếm trong phòng hoặc người ở một địa điểm nào đó. Các tín hiệu vệ tinh bị suy yếu và phân tán bởi nhiều vật cản như mái nhà, tường và các đối tượng khác. Còn riêng đối với hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) có thể đáp ứng được nhiều nhu cầu hơn GPS tiến bộ không ngừng trong công nghệ chip và sức mạnh xử lý. Tuy nhiên, GNSS lại không tương thích nhiều với các phần cứng được thiết kế trong những năm 2008- 2011 với các hoạt động trong nhà. Ngoài ra sai số trung bình cho hệ thống GNSS thường là lớn hơn nhiều đối với những lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao.

Vì vậy, công nghệ định vị trong nhà ra đời (Indoor Positioning System - IPS). Ý tưởng của công nghệ định vị trong nhà dựa trên tín hiệu vô tuyến giao thoa không có gì mới. Đã có rất nhiều ứng trên các mạng di động cho phép xác định vị trí tương đối của mình nhờ vào tham số thời gian đến ToA (Time of Arrival - thời gian truyền từ máy phát đến máy thu), chu vi cell, hay góc đến (AoA) của tín hiệu.

Hiện nay chưa có tiêu chuẩn chung trong thiết kế của một hệ thống IPS. Tuy nhiên đã có rất nhiều dự án định vị trong nhà được thương mại hóa. Thay vì sử dụng vệ tinh, các giải pháp IPS dựa trên các công nghệ khác nhau, bao gồm cả đo khoảng cách đến các nút gần đó (nút ở đây là vị trí được xác định, ví dụ như điểm truy cập WiFi), định vị từ tính , xác định vị tríbằng cách dùng la bàn... Hệ thống chủ động xác định vị trí các thiết bị di động, hoặc cung cấp vị trí xung quanh hay bối cảnh môi trường có thệ nhận diện được. Tính chất cục bộ của IPS đã dẫn đến thiết kế phân mảnh, với hệ thống hoạt động sử dụng nhiều phương thức xác định vị trí khác nhau như ánh sáng hay công nghệ sóng âm… Về cơ bản, hệ thống được thiết kế trong đó ít nhất phải đảm bảo 3 phép đo độc lập để xác định vị trí một các chính xác.

Hiện tại có hơn 130 công ty trong nhiều lĩnh vực từ ngành quảng cáo, thiết kế bản đồ, hay như trong lĩnh vực y tế và ngành hàng hải đang phát triển công nghệ định vị trong nhà. Những tên tuổi lớn đáng kể như Google hay Nokia đang dẫn đầu giải pháp này. Các ứng dụng thực tế như:

• Tìm địa điểm trong các tòa nhà văn phòng lớn, các tòa nhà trường đại học, khu trung tâm, viện bảo tàng, bệnh viện
• Tình huống khẩn cấp: điều hướng cứu hộ và khoanh vùng tình huống khẩn cấp
• Theo dõi người và tài sản - bệnh nhân, trẻ em, khách tham quan, du khách, ví dụ: theo dõi hành lý tại các sân bay; giao nhận, vận chuyển hàng hóa và theo dõi container trong kho, bến cảng, sân bay…; xác định vị trí thiết bị trong nhà máy, văn phòng và bệnh viện.
• Các ứng dụng xã hội: Tìm người hay tìm chỗ mua sắm, hỗ trợ đỗ xe trong nhà
• Ứng dụng trong lĩnh vực quảng cáo

Thị trường tìm kiếm trong nhà được kì vọng mang đến nguồn doanh thu khổng lồ trong tương lai. Một ví dụ điển hình là ứng dụng trong ngành quảng cáo khi có ước tính chỉ ra rằng các doanh nghiệp địa phương trên toàn cầu sẽ chi ra 50 tỷ USD mỗi năm cho hệ thống tìm kiếm trong nhà.

Một số giải pháp định vị trong nhà hoạt động tương tự như GPS

Locata - một công ty của Úc đã cung cấp các cảnh báo bằng việc gửi tín hiệu trên khu vực rộng và có thể xuyên tường. Locata với khả năng hoạt động tương tự GPS đã được ứng dụng trong Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Việc kết hợp giữa GPS bên ngoài tòa nhà với mọi trạm thu phát di động và điểm Wi-Fi giúp công nghệ của Nokia cho phép liên kết thiết bị với một vị trí được xác định (một khu vực có đường chéo không quá 10m) khi di chuyển trong tòa nhà. Tất cả dữ liệu sẽ được chuyển đến một cơ sở dữ liệu để hệ thống ráp nối lại tạo thành hình ảnh 3D nội thất của tòa nhà. Hồi năm 2012, Nokia đã thành lập liên minh In-Location với 22 công ty phát triển giải pháp định vị thông qua kết nối Bluetooth.

Nhiều công ty khai thác tín hiệu Wi-Fi luôn xuất hiện xung quanh chúng ta - kể cả khi chúng ta đang ở trong nhà. Với một bản đồ chi tiết và vị trí của các điểm truy cập, máy thu Wi-Fi như chiếc điện thoại di động bạn sử dụng có thể đóng vai trò của xhệ thống định vị ngay cả trong nhà. Google, Navizon và Skyhook là một trong những nhà thiết kế hệ thống dẫn đầu trong lĩnh vực này. Hãng công nghệ TruePosition cung cấp giải pháp định vị thông qua tháp di động và cách đây không lâu hãng này đã mua lại Rosum - công ty sở hữu công nghệ dùng tín hiệu truyền hình để xác định vị trí.

Mô hình giải pháp Locata

Sử dụng ánh sáng để xác định vị trí

Các giải pháp sử dụng ánh sáng hoặc từ trường để xác định vị trí

Công ty ByteLight, có trụ sở tại Boston,sử dụng công nghệ nhận diện các tín hiệu đèn nhấp nháy từ thiết bị chiếu sáng LED để xác định vị trí nhằm ứng dụng trong cửa hàng bán lẻ. Thiết bị đầu đọc ánh sáng tầm gần (có thể làmáy ảnh trên điện thoại di động) tiếp nhận các đoạn mã từ tín hiệu đèn và gửi đến một máy chủ. Trên máy chủ, tín hiệu được so sánh với bản đồ và từ đó nhằm khởi động một ứng dụng thanh toán hoặc tìm kiếm các loại hàng hóa trong cửa hàng. Kỹ thuật này chính xác trong cự ly 1 mét và chủ cửa hàng không phải lắp đặt bộ cảm biến hay cài đặt Wi-Fi. Hay như công ty khởi nghiệp IndoorAtlas, có trụ sở tại Phần Lan với ứng dụng giúp người bán hàng biết rõ những gì khách hàng đang làm bên trong cửa hiệu. Ứng dụng này hoạt động dựa trên dao động sóng từ điện thoại, từ đó cho phép theo dõi khách hàng ở những cự ly rất nhỏ. Công nghệ xác thực của IndoorAtlas tương tự như ByteLight khi sử dụng phương thức xác định vị trí trên bản đồ bên trong của hàng.

Định vị trong nhà bằng sóng vô tuyến

Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Radio Frequency Identification (RFID) đánh dấu vị trí khi người dùng thiết bị đến gần bộ cảm biến được gắn trong tòa nhà. Ví dụ điển hình có thể thấy là cửa an ninh của tòa nhà đóng lại và yêu cầu người dùng phải sử dụng thẻ ra vào để mở; hoặc ứng dụng phổ biến khác là chống mất trộm hàng hóa trong siêu thị... Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFIDlà 125Khz hoặc 900Mhz. Những hệ thống thụ động thường chỉ nhận biết được người hay vật nhưng lại không cung cấp thông tin chi tiết về vị trí phòng. Ngược lại, những hệ thống RFID có khả năng chủ động nhận diện và gửi đi tín hiệu cho người nhận để xác minh vị trí của họ. Đây là sự đảo ngược đối với GPS. Hệ thống nhận biết được vị trí của bộ cảm biết và cho khả năng định vị chính xác trong nhà theo thời gian thực. Với thông tin thu thập được, hệ thống sử dụng cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển và cảm biến khác, bao gồm cả đồng hồ để theo dõi hướng và khoảng cách để xác định vị trí trong thời gian gần thực.

Giải pháp tốt nhất cho vị trí trong nhà và ngoài trời có thể là hệ thống lai

Không có giải pháp duy nhất nào hoạt động hoàn hảo trong mọi môi trường. Vì lý do đó các thiết bị có thể hỗ trợ nhiều hơn một giải pháp định vị và chuyển đổi giữa chúng khi cần thiết. Điện thoại di động ngày nay sử dụng công nghệ GPS ở ngoài trời, nhưng có thể chuyển sang định vị Wi-FI khi tín hiệu vệ tinh yếu. Kiến trúc hệ thống định vị kết hợp giữa Bluetooth và Wi-Fi có thể giúp bù đắp được giữa độ chính xác và hiệu suất hoạt động của thiết bị. Trạm Wi-Fi có vùng phủ sóng lớn hơn 100 lần so với Bluetooth nhưng lại có mức tiêu thụ khá lớn. Do đó, Wi-Fi là không phù hợp cho việc phát hiện chính xác vị trí khi thiết bị di chuyển nhưng Bluetooth có thể. Trong trường hợp đơn giản nhất, thông tin dùng để tính toán vị trí của một thiết bị di động chỉ là những tín hiệu nhận diện từ trung tâm điện thoại hoặc từ điểm truy cập (access point) của mạng WLAN- mỗi trong số đó có một địa chỉ duy nhất mà có thể được xác định bởi định danh của trạm không dây (BSSID). Những tín hiệu này được sử dụng để tìm ra nguồn phát của chúng, từ đó tìm và dự báo khu vực tương đối của một thiết bị di động. Công nghệ này được gọi là Cell-Identification (Cell-ID). Độ chính xác của công nghệ này phụ thuộc vào phạm vi hoạt động của các trung tâm tín hiệu.

Định vị trong nhà có nhu cầu sử dụng hàng loạt

Đối với các sự cố đang xảy ra với tần số ngày càng tăng trong trung tâm mua sắm, cao ốc văn phòng, trường học và thậm chí cả cơ quan chính phủ, các công nghệ IPS giúp đưa ra cảnh báo nhanh nhất hiện có để bảo vệ cá nhân, làm giảm thương tích và ngăn chặn thiệt hại về người.Mục tiêu của định vị trong nhà dành cho nhóm người dùng có số lượng lớn, đặc biệt là bệnh viện và trung tâm thương mại, ngoài việc cung cấp khả năng trợ giúp điều hướng thì còn mang đến nhiều dịch vụ tốt hơn cho người dùng; cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực, phục vụ video, tăng cường trải nghiệm thực tế hay đáp ứng các ứng dụng kết nối gần như NFC.

Xác đinh vị trí trong siêu thị

Các hãng công nghệ lớn tham gia vào không gian trong nhà

Apple, Google và Microsoft đều tham gia vào lĩnh vực sử dụng định vị trong nhà để ứng dụng vào các dòng sản phẩm của mình. Vào thời điểm này, nỗ lực tập trung vào công nghệ định vị trong nhà, cùng theo đó là tạo ra một bản đồ nền tảng sẽ làm cho các giải pháp tương tự tăng giá trị hơn cho sản phẩm. Google có hệ thống định vị Android của riêng mình dựa trên Wi-Fi. Trong khi đó một số nhà phát triển Android (Samsung, Motorola) đã cố gắng sử dụng giải pháp của Skyhook trong việc định vị nhằm cạnh tranh với Location Services Android. Microsoft thì sử dụng công nghệ Wi-Fi để nhằm xác định vị trí trong nhà và hãng đã có một số nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng của cường độ tín hiệu của thiết bị di động. Ngoài ra việc Apple gần đây mua lại WifiSLAM cho thấy việc các ông lớn trong làng công nghệ tham gia vào thị trường tiềm năng này là điều tất yếu.