室内定位系统选型
专为自主机器人、无人机、叉车、起重机、VR/AR、人员及其他工业应用设计
由于有众多 应用 需要用到室内定位和实时定位系统，选型并非易事。
不同的RTLS针对不同的 应用进行了优化。在最终选定之前，需要权衡许多标准。
如果选型中有重要标准遗漏，甚至解释有误，请发邮件至 info@marvelmind.com， 我们会及时处理。
概要:
请将本页视为 一份概要检查清单 ，帮助您选择适合具体任务和需求的室内定位系统或RTLS技术。
跟踪精度
跟踪精度可以说是室内定位系统的核心指标，因为室内空间更拥挤，跟踪不准带来的问题在室内比在室外更严重。
跟踪的相对精度与绝对精度
室内定位系统涉及多个坐标系。此外，还有所谓的绝对精度和相对精度。
对此可以有许多解释和定义，但从实际实施和使用来看，区别非常简单：
– 如果您需要以米为单位的绝对距离，看的是绝对精度
– 如果您需要从A点精确行驶到B点，看的是相对精度
为了在多个相互矛盾的标准（成本、尺寸、功耗、位置更新率等）之间取得平衡，往往需要在两者之间做出取舍。
延伸阅读： 坐标系与绝对精度、相对精度
绝对距离测量
在某些情况下，RTLS并不用于XY或XYZ定位，而只是用来测距，但距离必须测得精确。例如，激光测距仪就是这类一维“定位系统”的典型例子。
同样，光学设备也一直用于测距。很难把它们称为RTLS或IPS，但它们是近亲。
RTK GPS显然是一种定位系统，可以把点1和点2之间的三维距离作为绝对距离来测量。
然而，在有些情况下，激光测距仪、RTK GPS和光学系统都不可行：
位置更新率
除跟踪精度外，位置更新率也是RTLS和室内定位系统的关键标准。
RTLS被称为实时定位系统并非没有道理：它必须是实时的。然而，“实时”的定义相当宽泛、模糊。对于仓库中的资产跟踪，即使每分钟更新一次位置也算实时；而对于FPV无人机或VR/AR系统，即使100Hz的位置更新也未必足够。
Marvelmind室内定位系统的 位置更新率可达40Hz （适用于较小的子地图），典型值为8-16Hz，相当于传统 GPS.
要达到尽可能高的更新率，请参考我们的建议： 如何提高定位更新率并降低延迟？
如需进一步提高更新率，可使用专门的可选软件功能，例如： 位置更新率提升
了解精度与更新率之间的关系： 精度是否取决于定位更新率？
显然，位置更新率越高越好。但其他参数也会影响整体性能。因此，我们建议结合其他要求及各项标准的权重，选择合适的位置更新率，而不一定追求可达到的上限：
– 更新率越低，电池续航时间成比例延长
– 延迟越大 => 处理越充分 => 跟踪越稳健
– 延迟越大 => 平均越充分 => 精度越高
– 更新率越低，小房间内出现回波的几率越低
– 更新率越低，方案越简单（成本越低）
延迟
RTLS中的延迟，是指物体的真实物理位置与我们获知该位置之间的时间差。虽然RTLS是实时定位系统，但对位置的获知总是滞后的，这段滞后就是延迟。
延迟与位置更新率密切相关，但并不是一回事：
– 通常，延迟 = 1/位置更新率 + t_add
– t_add——额外的时间损耗：处理、传输等
– 因此，延迟总是大于1/位置更新率
– 相对而言，容易获得 很高的位置更新率
– 而要获得低延迟则困难得多
参见 如何尽量降低室内定位测量的延迟 一文。
架构
如需快速、稳妥地做出选择，请选择 Super-MP 入门套件。该套件支持全部三种架构。
部署速度
系统是否易于部署非常重要。
对于面积可达1,000平方米的基础2D/3D开阔区域，Marvelmind室内定位系统 不到5分钟即可完成部署.
由多个房间和多个子地图组成的较复杂系统，部署时间完全取决于区域的复杂程度，而不是面积大小，可能需要几小时到几周不等。
有关信标布置和部署的更多信息：
– 安装布置手册
云端与隐私
许多室内定位系统需要依赖云端运行。这并不是一个糟糕的方案，但必须充分了解其中的细节：
– 您的私密位置数据和其他数据会被传到别处
– 您随时可能被切断与系统的连接
– 可能出现数据中断
– IP跳数更多，延迟更大
– 云端几乎总意味着按月付费和订阅
我们不使用云端 。在Marvelmind室内定位系统中：
– 所有数据都留在现场，无需云端
– 所有计算和测量都在现场完成
– 系统可扩展：信标越多，容量越大
基于云端的方案也有很多优点——更新快、软件始终保持最新等——但也存在一些需要用户注意的问题。
防护等级（IPxx）
室内定位系统主要为室内使用而设计。然而，“室内”的定义有些模糊：
– 叉车经由装卸口进进出出，算室内还是室外？
– 不下雨的地方就算室内吗？
– 只有顶棚、四周敞开的仓库算室内吗？
– 巨大的肉类冷库算室内，还是别的什么？
在很多情况下，即使系统用于室内，设备也需要具备一定的防护等级（IP）。
请实事求是地看待 IP等级意味着什么、不意味着什么：
– IP67表示设备浸入水中不会损坏
– IP67（浸水）并不表示设备可以在雨中工作
– IP67并不说明长期暴露的情况
– IP67对盐水或脏水不作任何保证
– 粉尘也有非常特定的定义
– IP67可能无法防护您现场的那类粉尘
– IP67与温度范围无关
– IP67对冰、雪等也没有任何说明
总结如下：
– 实事求是。IPxx标识更多是营销，而非实际能力
– 务必提前详细讨论您真实、具体的需求
– 做好防护，避免长期暴露在水和粉尘中
– 使用遮阳罩、遮雨罩等
– 尽可能避免使用电池
– 组装后对接缝/连接器进行专门防护
– 请记住设备上有超声波膜片——务必小心对待
价格是任何产品或方案的关键因素，但总体拥有成本可能与价格同样重要。请记住，除方案本身的价格外，还有许多相关成本：
– 订阅费：按标签、按面积、按项目、按位置更新次数计费
– 维护成本
– 部署成本：布线、许可审批、停工时间
– 保修成本
– 潜在的收入损失
等等，还有很多。
详细讨论请参阅文章： 室内定位系统的成本是多少？
固定信标的供电是RTLS选型中的重要标准，它在很大程度上影响网络的复杂度和成本，原因如下：
– 大型RTLS中有大量固定信标
– 供电布线可能成本很高
– 更换电池也可能是主要成本因素
– 为数十乃至数百个信标充电，又是一项成本
– 充电导致的RTLS中断也可能带来成本
为固定信标供电，推荐采用普通的AC-DC电源适配器。Super-Beacon的内置电池可让信标不间断运行数天，两者结合，您可以放心：RTLS不会受停电影响，也无需任何与供电相关的维护（更换电池或充电）。
不过，有些场合根本没有固定电源。这时，外置电池是合适的选择。我们提供多种不同容量和防护等级的选项。
延伸阅读： 信标供电方案.
经常能看到一些令人印象深刻的数字：一个标签用一块电池可运行1-5年。数字很漂亮，但在实际中有多大用处？
一定要问清楚：这是在什么更新率下测得的。
在RTLS中，电池续航往往不宜用工作多少年、月、周或天来衡量，而更适合用电池耗尽前能支持的位置更新次数来衡量。
因此，无论位置更新率是1Hz还是10Hz，电池续航都几乎与位置更新次数成比例。当然，当续航时间达到数月甚至数年时，就会进入平台期：再降低位置更新率也不能进一步延长电池续航。
但评估的关键仍然不变：问清楚测量电池续航时使用的是什么更新率，再看这个更新率是否适合您。
移动信标真的需要超长的电池续航吗？
当然，电池续航越长越好。但总要有所取舍。因此，关键问题在于：移动信标真的需要超长（数周到数年）的电池续航吗……
在很多情况下，答案是：没有必要。
– 与固定信标不同，移动信标很容易接触到
– 通常，一个班次（8-12小时）就足够了
– 对于无人机，1小时就足够了，因为无人机自身的电池耗尽得更快
– 叉车、机器人和AGV上随时都有固定电源可用
延伸阅读： 信标供电方案.
在有些应用中，移动信标（标签）的重量是关键标准之一：
抗干扰能力
RTLS可能受到外部干扰，导致部分位置更新中断，甚至使整个系统无法工作。
需要特别关注的干扰类型取决于所用技术，但方法是一样的：
– 明确哪些因素可能干扰所用的定位技术
– 从理论上检查是否存在干扰源
– 在部署前，使用入门套件在现场进行实测
– 找出干扰源（如有）
– 选择其他架构，甚至其他RTLS
以下是潜在干扰源的示例：
– 超声波噪声：针对基于超声波的Marvelmind室内“GPS”
– 同一ISM频段内的强无线电信号：针对Marvelmind
– 过于拥挤的ISM频段（2.4GHz和5.6GHz）：针对BLE和WiFi
– 任何强无线电信号：针对UWB
– 其他UWB系统：针对UWB
– 过暗或过亮：针对光学系统
– 玻璃：针对激光雷达
– 过暗或黑色的材料：针对激光雷达
– 过亮：针对激光雷达
– 其他光源或红外光：针对激光雷达或其他光学系统
每种系统都有应对干扰的方案。请认真研究，并与制造商讨论。
室内定位系统本身提供的是位置，而方向则完全是另一回事。在很多情况下，方向更难获得，但它往往至关重要，例如对于自主机器人或无人机
磁力计（罗盘）在室内无法可靠工作 ，因为铁磁材料、电流甚至磁铁都会扭曲地磁场，使朝向测量不可靠，甚至无法测量。
Marvelmind建议采用配对信标（Paired Beacons）方案：
– 安装两个移动信标，两者之间留出一段基线
– 在移动目标允许的范围内，基线越长越好
– 精确测量每个信标的位置
– 已知两个位置，即可计算出朝向
能否不使用配对信标 ——比如移动目标尺寸太小、无法留出足够的基线？可以。
但是：
– 只能 在运动状态下实现
– 算法会复杂得多
机器人或无人机的自动驾驶仪必须处理该算法及随之而来的复杂问题，在某些情况下这会更困难，甚至无法实现。
复杂在哪里？要让它工作，您必须先朝任意方向直线行驶或飞行30-100厘米，之后才能得知初始位姿。但是！如果您正好靠近悬崖或墙壁，又选错了方向，那可能就是机器人的最后一次行驶或无人机的最后一次飞行。
算法可以是怎样的？下面来看一个例子—— 微型无人机:
以上是初始锁定。之后，算法还必须不断补偿陀螺仪的漂移，这同样相当复杂。
可以看到，算法包含许多步骤。因此，只要有可能，采用配对信标配置、在静止状态下直接获得无人机或机器人的精确位姿要容易得多。只有在完全无法使用配对信标配置或磁力计时（例如微型无人机），才应采用单信标配置来确定方向。
使用单信标配置的自主飞行示例：
使用单信标配置的自主机器人示例：
相关内容： 如何获取方向/朝向.
RTLS的作用是提供位置。但如何获取位置？从哪个设备获取？用什么协议？物理连接以及与您的系统集成是否容易？
接口与集成检查清单:
– 物理接口有哪些类型？
– 有线：UART、基于USB的虚拟UART、 RS485, CAN, 以太网?
– 电压电平？3.3V与5V的UART不一定兼容
– GPIO？有多少个？有什么功能？
– 物理引脚上有没有特殊功能？
– 地理围栏触发？
– 无线：蓝牙、WiFi、ISM无线电、 Zigbee, LoRa?
– 能否收发用户数据？
– 是否需要焊接？
– 连接器是标准的、专有的，还是难以买到？
– 数据连接和电源连接？
– 协议：公开发布还是封闭？
– 有没有集成代码示例？
– 代码示例和API使用什么编程语言？
– API是否开放、可获取？
– 源代码：开源还是专有？
– 库？
– 有没有用于集成的代码示例？
– IP连接？
– 是否需要云端？
– 无线网络的带宽和延迟要求
移动信标:
– 对自主机器人和无人机至关重要
– 对人员和叉车很重要——用于接收任务
– 调制解调器：用于跟踪人员或资产
调制解调器:
– 用于跟踪人员或资产
进一步了解 Marvelmind信标和调制解调器的外部接口.
室内定位系统提供位置数据。但用来做什么？——当然是用它来做事。例如做什么？
– 根据机器人的位置向其发送指令
– 根据用户位置发出警告——地理围栏
– 根据机械设备的位置让其停机——地理围栏
– 根据人员位置分配任务
此外，从移动目标获取其他数据也很重要、很有用：
– 遥测数据：电池电压、作业部件的位置等
– 开关机器人、AGV或叉车上的某些装置
– 接收RFID或二维码数据
因此，需要向移动目标发送数据，并从移动目标接收数据。 请确认您所选的系统支持这一点.
Marvelmind室内定位系统支持与移动信标之间高达50kbps的双向数据传输，延迟仅几十毫秒，足以满足常见的遥测、数据或指令传输需求。请使用Marvelmind内部的无线连接来收发移动端数据。 无需额外的无线层（蓝牙、WiFi、LoRa等）.
查看测试结果： Marvelmind IPS用户数据传输速率表.
网络容量（RTLS和IPS也不例外）是一个含义很多的词。因此，我们来仔细梳理一下：
– 最大覆盖面积？
– 支持多少个网络单元？
– 支持多少个信标（固定+移动）？
– 总共支持多少个移动信标（标签）？
– 能同时跟踪多少个移动信标？
– 整个系统的更新率是多少？
– 每个移动信标的更新率是多少？
– 数据吞吐能力是多少？整个系统？每个信标？
– 2D和3D配置下的容量？
简而言之，“容量”有很多种。阅读时请弄清楚指的是哪一种。
Marvelmind室内定位系统支持：
– 开箱即支持多达250个信标（固定+移动）
– 通过专门的软件更新，可支持数千个信标
– 采用多调制解调器架构，可支持数万个信标
现有的网络容量固然重要，但在需要时能够扩展同样关键。
Marvelmind室内定位系统在设计上具有很强的可扩展性：
– 每个子地图最多包含4个固定信标
– 每个子地图可服务数千个移动信标
– 每个调制解调器目前最多支持250个子地图（=地图）
– 每个调制解调器目前最多可服务250个信标
– Super-Super-Modem可控制数千个子地图
可以看到，系统有多个层级。这种方法使网络容量几乎没有上限，也就是说，网络具有很强的可扩展性。
许多非核心特性也能让一套 RTLS 更具优势，例如：
– 可以把 Super-Beacon 用作固定信标或移动信标
– 可以一次购买一定数量，再在不同模式之间切换
– 问一问UWB标签能否用作锚点，反之亦然
可以看到，系统有多个层级。这种方法使网络容量几乎没有上限，也就是说，网络具有很强的可扩展性。
这听起来像是废话，但谁都不希望手里的设备和软件不清楚怎么用，或者达不到预期效果。因此，请先确认实际能获得哪些支持，再 下单.
我们可以通过多种方式为您提供支持，请告诉我们： info@marvelmind.com。我们乐意为您服务。