屋内測位システムでトラッキングが不安定になる理由
さまざまな屋内測位システム
屋内測位システムにはさまざまな種類があります。また、トラッキングの品質、信頼性、精度に影響する要因も少なくありません。さらに、屋内測位システムの導入や使用には、基本的なミスもつきものです。したがって、問題を見極め、正しい「処方」を行うことが不可欠です。
屋内測位の方式
何が不安定なのか？
BLE（Bluetooth Low Energy）は、何よりもまずデータ伝送のために設計された無線パーソナルエリアネットワーク技術です。
BLEは測位用に設計されていません。WiFiなど、RSSI（受信信号強度インジケーター）に基づくあらゆるシステムと同様に、BLEにとっても測位はあくまで副産物にすぎません。確かにBLEは、スマートフォン同士やスマートフォンとハンズフリー機器などの間でデータを伝送し、トラッキングにも使えます。ただし、それは付加的な機能であり、大きなトレードオフを伴います。
RSSIベースのシステム（BLE、WiFi）にとってRSSI測定と測位が副産物にすぎないという事実は、最大の長所であると同時に、最大の弱点でもあります。
強み：
位置をトラッキングするために、追加のモバイルビーコンは必要ありません。通常、スマートフォンやタブレットなどの機器にはすでにBLEモジュールが搭載されており、専用のソフトウェアやアプリを追加するだけで、スマートフォン、タブレット、その他の機器をトラッキングできます。
弱み：
RSSIは距離の指標としては非常に不正確です。屋内測位システムのソフトウェアが非常に賢いからこそ、大きく飛ぶRSSIの読み取り値からでも、どうにか位置を割り出せるのです。しかし、どれほど工夫を凝らしても、現実的に期待できるのは 2〜5 mの精度です（ビーコンを10〜30 mごとに設置した場合）
BLEには、より複雑で高度な、到来角（AoA）と放射角（AoD）に対応した方式もあります
- 不正確なRSSIと角度の組み合わせ => 測位精度が最大3倍向上
- 複数のアンテナ => サイズの増大、コストの増大、適用範囲の制限
まず、さまざまな屋内測位技術について詳しく学んでください
– 詳しい動画講義（1時間30分）：屋内 測位技術と手法のレビューと比較：産業用途を中心に
– PDFプレゼンテーション：屋内 測位技術と手法のレビューと比較：産業用途を中心に
屋内測位システムでBLEを使うべきケース
部屋単位の精度で十分で、BLEを搭載したモバイル機器をすでにお持ちの場合は、BLEのRTLSが適しています。これは理想的なケースです。代表的な用途：
- 空港で搭乗ゲートを探す
- 美術館で名作を探す
- ショッピングモールで店舗を探す場合
施設内に10〜30 mごとにBLEビーコンを設置します。ビーコンは小型で、目立たないように簡単に設置できます。例えば1秒に1回Bluetooth信号を発信し、この位置更新レートなら内蔵バッテリーで1年ほど動作します。1年後には、すべてのビーコンのバッテリーを交換するだけです。
トラッカーとして使うスマートフォンには、変更や追加機器は一切必要ありません。スマートフォン上のアプリが固定ビーコンと通信し、特定の固定BLEビーコンからの無線信号強度と、それらのビーコンの既知の位置に基づいて、自身の位置を計算します。精度はそれほど高くない（通常2〜5 m）ものの、すべてうまく機能します。これは多くの用途（上記の例を参照）には十分ですが、大半の産業用途には不十分です。
BLEが産業用途に向かない具体的な理由
精度不足
人員トラッキングに対する産業用途の典型的な要求は、精度1 m未満です。多くの場合は0.5 m未満です。BLEでは、このような精度は実際にはまず実現できません。そうでなければ、固定BLEビーコンを2〜5 mごとに非常に高密度で設置する必要があります。
周囲の金属
屋内測位システムについての要件をいただくと、見込み客の方が周囲に金属があることをわざわざ強調されることがよくあります。それを見て、私たちはすぐに、その方がRSSIベースのシステム、おそらくBLEで痛い目にあったのだとわかります。なぜでしょうか？なぜわかるのでしょうか？
上で述べたとおり、RSSIベースの屋内測位システムは、固定ビーコンからモバイルビーコンへの無線信号強度を使って距離を推定します。確かに、モバイルビーコン（スマートフォン）が固定BLEビーコンから離れるほど、信号は弱くなるはずです。しかし実際には、RSSIの変動が非常に激しいため、2 mでも10 mでも同じRSSIが測定されることがあります。では、距離はいったいいくつなのか？
電波を通すガラスや薄い壁でできた、空港やショッピングモールのような広々とした空間であれば、おおむね問題ありません。しかし、金属製の棚、パレット、フォークリフトなどの重機がぎっしり詰まった倉庫に入ると、RSSIの状況は大きく変わり、BLEベースのトラッキングでは、許容できる精度がまったく得られなくなります。本当に機能しないのです。今いるのがこの通路なのか、隣の通路なのか、さらにその隣なのかもわかりません。探したいものが見つけられないなら、システムに何の意味があるでしょうか？
RSSIの状況は常に変化する
産業環境には金属があるだけでなく、その金属が動きます。想像してみてください。あなたは動いていないのに、5 m先をフォークリフトが走っています。それだけで、BLEベースのシステムで測定したあなたの位置が飛ぶのです。なぜでしょうか？マルチパスフェージングが原因です。そのため、1時間前に行ったシステムのキャリブレーションが、すぐにまったく役に立たなくなることもあります。
もちろん、どうにか回復させ、システムを再キャリブレーションしようとする非常に賢いアルゴリズムもあります。しかし結局のところ、実際の産業環境ではうまく機能しません。RSSIベースのシステムは、そもそもそのような環境向けに設計されていないのです。
産業環境では専用のモバイルビーコンが必要
スマートフォンをトラッキングするのであれば話は簡単です。アプリをダウンロードすれば、それでトラッキングされます。しかし、トラッキングしたいのがスマートフォンではなく、別のものだったらどうでしょうか？ヘルメット？クレーン？パレット？フォークリフト？その場合は、対象にモバイルビーコンを取り付ける必要があります。機器がもう1台増えるわけです。もちろん、高精度な屋内測位システムでも常にモバイルビーコンが必要ですが、少なくとも精度は高いのです。BLEのこの状況では、（1）低い精度と、（2）充電の手間や追加コストなどあらゆる面倒を伴う追加のモバイルビーコン、の両方を抱えることになります。トラッキングに専用のモバイルビーコンを必要としないという最大の利点の一つが、産業環境ではBLEシステムから失われてしまうのです。
産業用途でBLEより優れた選択肢は？
産業用屋内測位システムに推奨される主な技術は2つあります：
詳しくはこちら：屋内測位システムでBLEより優れた選択肢は？
次の資料で説明したとおり、屋内 測位技術と手法のレビューと比較：産業用途を中心に、どちらの技術も次に基づいています：飛行時間であり、RSSIではありません。これが重要な利点です。周囲に何があっても（金属、コンクリート、木材、あるいは何もなくても）関係ないからです。UWBは電波の飛行時間、超音波は超音波の飛行時間を使います。音速は電波の速度の100万分の1ほどしかないため、超音波ベースのソリューションは本質的にUWBよりはるかに高精度です。
したがって、実用上の主な利点は次のとおりです：
- 必要なのが高い精度（UWBの約10倍の精度）なら、次をお選びください：Marvelmind屋内「GPS」
- 木製やガラス製の電波を通す壁 がある場合、または環境の音響ノイズが非常に大きい場合は、UWBをお選びください
- 必要なのが低コストのソリューションなら、Marvelmind屋内「GPS」をお選びください
もちろん、あらゆる高精度屋内測位システムと同様に見通しは必須ですが、「見通し」が具体的に何を意味するかは技術によって異なります：
- 電波を通す壁（薄いガラス、木材など）は、UWBにとっては見通しがある状態ですが、超音波にとっては見通しがありません
- 一方で、通気性のある一般的な布は超音波も透過します。モバイルビーコンが目に見えない、つまり見通し外であっても、それは光にとっての話であって、超音波にとってではありません
光学式トラッキングやLIDARはどうか？
実のところ、光学式の屋内測位は実用にはあまり向きません：
- 光学システムはモニタリングにはそれなりに使えますが、測位にはあまり向かず、ナビゲーションにはさらに不向きです
- 超音波の固定ビーコンはバッテリーでも動作しますが、固定電源を推奨します。この場合の電源は、一般的な商用電源（約110/220 V）、USB、+12〜36 Vのいずれでもよく、入手しやすいものを使えます。UWBでは通常、固定ビーコン（アンカー）に固定電源が必要で、データ交換と同期のためにEthernetも必要になることがよくあります。一方、カメラには電源と、Ethernetまたは無線による高速な通信バックボーンの両方が必ず必要です。さらに、膨大なデータストリームを処理するサーバーも必要です。そうした接続環境をすべて用意するのは、単純にコストがかかり手間も大きいのです
- 見通しが大きな問題になる
- 飛行時間方式のシステムと違い、精度が距離に依存します。高解像度のカメラはさらに高価になり、ほかの欠点もあります
- 典型的な産業環境は照明条件が悪く、暗すぎるか明るすぎるか、あるいはその両方で、ダイナミックレンジが広すぎます
- 多くの場合、粉じん、霧、温度変化による結露があります
LIDARは、大半の産業用測位システムには適していません：
- 実際には、産業用屋内測位システムでLIDARが使える場面を挙げるほうが簡単です。高価なAGVや高価なロボットです。一般に、LIDARは障害物検知には優れていますが、測位には向きません
- LIDARは人員のトラッキングにはまったく適していません