Guten Morgen zusammen, ich weiß es gab eine ähnliche Frage schonmal hier: Beitrag "Localino - Open Source UWB Indoor Location System" Ich wollte nun (ein paar Jahre später) mal "in die Runde" fragen, ob jemand heute noch irgendein "gemaintaintes" oder funktionierendes (oder beides) Projekt kennt, mit dem man so eine Indoor Positioning Lösung mittlerweile halbwegs gut nachbasteln kann. Fiktivies Szenario: Nehmen wir an, es gibt eine 100m x 100m Lagerhalle und man möchte wissen, wo sich ein Gegenstand in der Halle auf 1 bis 2 Meter genau befindet. Es soll UWB benutzt werden, damit Hindernisse (Aufbauten in der Halle) möglichst wenig stören (Ultraschall + IR fällt damit weg). Die ganzen vermeintlichen OpenSource/Community-Projekte (localino, proxyz) gibt es irgendwie nicht mehr bzw. wurden kommerzialisiert bzw. gab es wohl eh nie öffentlich (wenn ich die Kommentare im oben verlinkten Thread richtig verstehe). Bei https://github.com/schollz/find3 gibt es ein Projekt, das scheinbar die Software-/Auswertung ermöglicht - aber dort findet man nichts zu Hardware, außer die Aussage, das es mit allem geht... Oft vorgeschlagen werden die Chips von Decawave. Dafür gibt es auch Dev-Boards. Aber ich habe keine AOI-Kit gefunden, dass so einen Chip mit Antennen und Strom-Versorgung halbwegs erschwinglich anbietet. Und ich habe auch kein Projekt gefunden, das das mal end-2-end mit ein paar Arduinos oder ggfs. auch Raspberrys durchspielt. Zu guter Letzt habe ich noch das hier gefunden: https://www.robotshop.com/de/de/marvelmind-starter-set-hw-v49-positionierungssystem-innennavigation-915-mhz.html Aber das Frequenz-Band ist in Deutschland nicht erlaubt und außerdem erscheint mir die Frequenz etwas zu "niedrig" (da könnte man dann ja schon fast überlegen, es in Kombination mit LoRa-Gateways aufzubauen, aber das drüfte deutlich ungenauer sein). Ach ja: Anbieter, die so etwas kommerziell als Service anbieten, gibt es wie Sand am Meer. Da kosten dann aber Starter Kits mit 4 Anchors gleich mal 3000+ Euro. Ich würde es gerne für 500 Euro hinbekommen, aber ich würde das Basteln gerne auf Basis von etwas bereits Erporbtem/Dokumentiertem anfangen.
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And schrieb: > Es soll UWB benutzt werden, damit Hindernisse (Aufbauten in der Halle) > möglichst wenig stören (Ultraschall + IR fällt damit weg). In diesem Frequenzbereich stören Hindernisse bereits recht erheblich. Außerdem ist bei UWB die Leistung recht stark limitiert (schließlich haben sie ja ihre Genehmigung für so viel Spektrum nur bekommen, weil sie aus Anwendersicht von Rauschen nicht unterscheidbar sein sollen), sodass du mit Hindernissen kaum mit mehr als 20 m Reichweite rechnen brauchst. Entsprechend viele Anker brauchst du also zur Abdeckung deiner 100 x 100 m²- Bluetooth HADM könnte ein Ausweg sein, aber ich habe mir nicht angesehen, wie weit die Standardisierung mittlerweile ist.
Jörg W. schrieb: > In diesem Frequenzbereich stören Hindernisse bereits recht erheblich. > Außerdem ist bei UWB die Leistung recht stark limitiert Ok, dann ist das vielleicht nicht die beste Idee, aber dieser Decawave Chip (DW1000), der oft referenziert wird, arbeitet in dem Bereich. Deshalb dachte ich, das sei ein brauchbarer Ansatz Jörg W. schrieb: > Bluetooth HADM könnte ein Ausweg sein, aber ich habe mir nicht > angesehen, wie weit die Standardisierung mittlerweile ist. Habe das Video von Lambda4 angeschaut. Mir ist nicht klar, was hier die Reichweite ist. In der Demo läuft er 7 Meter vom Auto weg. Das heißt, das wären dann wohl noch mehr Anker (allerdings günstigere ;) ) Wenn jemand mit anderen Ansätzen/Technologien zum Thema Indoor Position Tracking Erfahrungen gesammelt hat, wäre das genauso denkbar - ich hätte mich anmelden sollen, damit ich den Titel ändern kann :)
And schrieb: > Jörg W. schrieb: >> In diesem Frequenzbereich stören Hindernisse bereits recht erheblich. >> Außerdem ist bei UWB die Leistung recht stark limitiert > > Ok, dann ist das vielleicht nicht die beste Idee, aber dieser Decawave > Chip (DW1000), der oft referenziert wird, arbeitet in dem Bereich. > Deshalb dachte ich, das sei ein brauchbarer Ansatz Der Vorteil von UWB ist halt, dass man eine relativ große Bandbreite und damit sehr gute zeitliche (und damit räumliche) Auflösung hat. Der Nachteil ist eindeutig die Limitierung auf Rausch-Niveau (-41 dBm/MHz). > Jörg W. schrieb: >> Bluetooth HADM könnte ein Ausweg sein, aber ich habe mir nicht >> angesehen, wie weit die Standardisierung mittlerweile ist. > Habe das Video von Lambda4 angeschaut. Mir ist nicht klar, was hier die > Reichweite ist. Keine Ahnung, was sie jetzt bauen, aber ich glaube, das Ziel war es, unter die frequency-hopping-Regulierung zu fallen, wie sie auch bei WiFi benutzt wird. Da darf man dann mit 100 mW senden. Mit einer ähnlichen Technologie (auch auf 2,4 GHz) und 100 mW Sendeleistung haben wir schon mal 4,7 km weit gemessen … Nachteil ist halt die geringe Bandbreite (ca. 80 MHz), insbesondere bei Mehrwegeausbreitung ist dann die Genauigkeit nicht mehr so üppig. Bei line of sight sollte man in den Bereich von 10 cm oder besser kommen.
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Der Decawave Chip war einer der ersten Verfügbaren. Inzwischen gibt es eigentlich von allen großen Herstellern Chips oder laufende Entwicklungen. Apple hat seit dem Iphone 11 UWB verbaut und seit dem 12er kann man das auch nutzen. Samsung hat es im Note und 21er. Die Genauigkeit hängt in erster Linie von der Quarzstabilität ab. Im Mittel kannst du mit 30 cm Genauigkeit rechnen. Siehe Apple Airtags oder aktuelle Golf 8 / ID Fahrzeuge von VW. Bei freier Sicht reicht UWB schon so um die 20 Meter weit. Mit einem Körper dazwischen ist man schnell runter auf 1 bis 2 Meter. Dann lebt das System von Reflexionen, die natürlich die gemessene Distanz verlängern. Fazit. UWB ist ein Trend. UWB funktioniert. Mit Einschränkungen, wenn es keine direkte Sichtverdingung gibt.
Jan schrieb: > Bei freier Sicht reicht UWB schon so um die 20 Meter weit. Was ja genau das ist, was ich weiter oben schon schrieb.
Jan schrieb: > Siehe Apple Airtags Die Airtags wären technologisch wahrscheinlich gut für solche Fragestellungen geeignet (drei Antennen, Spannungsversorgung) – wenn es dafür eine nutzbare API gäbe. Die ist aber scheinbar (noch) nicht geplant: https://developer.apple.com/forums/thread/678600 Es gibt nur die FindMy App. Jan schrieb: > Die Genauigkeit hängt in erster Linie von der Quarzstabilität ab. In den Ankern, damit die Zeitsynchronisation passt? Ich wüsste gerade gar nicht, wie man diese überhaupt "synchron genug" bekommt. Oder meinst du im zu trackendem device, damit dort die Laufzeitunterschiede ausreichend akkurat gemessen werden? Jan schrieb: > Inzwischen gibt es > eigentlich von allen großen Herstellern Chips oder laufende > Entwicklungen. Apple hat seit dem Iphone 11 UWB verbaut und seit dem > 12er kann man das auch nutzen. Samsung hat es im Note und 21er. Kennst du zufällig ein Beispiel von einem Chip, an dem man als Consumer rankommt bzw. der auf einem Breakout-Board oder ähnlichem aufgelötet ist?
An die Apple WB API kommt man nur als "ausgewählter" Entwickler ran und selbst dann ist der Support seitens Apple ein Abenteuer. Bzgl. der Zeitsynchronisation. Im Grunde pro Anker ja. Der Quarztakt geht in die PLL für die HF Erzeugung. Damit hat man einen Offset der Frequenz pro Device in Abhängigkeit von der Quarzgenauigkeit. Ist der Takt beim Empfänger versetzt, verschiebt sich im Korrelator die First Path Erkennung im Zeitbereich. Das ergibt dann die Ungenauigkeit von x cm. Mit guten Quarzen oder einer genauen PLL als Takereferenz kommmt man realistisch auf 30 cm. Temperatur spielt da natürlich auch mit rein, etc. Dagegen kann man dann mit Triangulation arbeiten. Je mehr Knoten den Sender sehen, desto genauer kann man seine Position bestimmmen. Hier ist dann der Trick, wie man zwischen echten Line Of Sight Messungen und solchen mit auf Reflexionen basierenden First Path Erkennungen unterscheiden kann. Hier ein paar Links zu UWB Chips https://www.mouser.de/new/qorvo/qorvo-dw1000-ic/ https://www.nxp.com/products/wireless/secure-ultra-wideband-uwb:UWB-TRIMENSION https://www.st.com/en/wireless-connectivity/ultra-wideband-products.html https://www.murata.com/en-eu/news/connectivitymodule/ultra-wide-band/2021/1105
Jan schrieb: > Hier ein paar Links zu UWB Chips Danke für die Links. Das B-UWB-MEK1 schaut ja irgendwie ziemlich ready-to-use aus. Zumindest wenn man den Quick-Start-Guide anschaut: https://www.st.com/resource/en/user_manual/um2798-buwbmek1-quick-start-guide-stmicroelectronics.pdf Hier wird einem nach einer Referenzfahrt angeblich direkt die Position mit x,y,z-Koordinaten angezeigt (kann man über serielle Schnittstelle auslesen). Das wäre ja ziemlich cool. Mir ist organisatorisch unklar, wo man es bestellen kann. Ein Distributor war nicht verlinkt. Technisch ist mir unklar, wie die Zeitstempel der einzelnen Anchors gesynched werden. Müssen die nicht alle dieselbe Basis haben. Ich würde vermuten, dass das genau wie bei GPS funktioniert (außer das Übertragen von Satelliten-Bahn-Infromationen ;) ). Meine aktuelle Einschätzung ist, dass man einen Anchor als Master konfigurieren muss, und alle anderne Anchor, diesen Master "sehen" können müssen. Ich habe mir auch mal das Whitepaper von Localino heruntergeladen. Die halten sich da ziemlich bedeckt bzw. erzählen viel über Triangulation via RSSI (und dass dies ungenau wäre). Stattdessen macht es Localino time-based über UWB: Aber dem Teil widmen sie dann nur noch eine Seite. Typisch technisches Marketing-Whitepaper halt. ;) Interessant ist auch hier, das dem Thema Sync kein Wort spendiert wird: "Localino [...] anchors have additional Wifi capability onboard to minimize cabling efforts. Wifi can operate as a backhaul to send the estimated position data to a PC application. Localino can also operate without Wifi in case you cannot add additional Wifi transmitters in your environment." Wenn es keine Kabel gibt und kein Wifi, müssen sie ja trotzdem irgendwie den Zeitstempel abgleichen. Wahrscheinlich machen sie es ähnlich (bauen sie dann ein eigenes Wifi auf, um das Synching zu machen)
Es gibt keinen "sync" im Sinne eines gemeinsamen Zeitstempels. Wichtig ist nur, dass die Verarbeitungszeit aller Komponenten bekannt und konstant ist. Der "Master" schickt ein Signal an einen ausgewählten "Slave". Das ist der Start. Der Slave schickt das Signal zurück. Das ist das Ende. Die Entfernung ist dann die Laufzeit - feste Bearbeitungszeit / 2. Stichwort bei Google: round trip time und double sided measurememt.
Ah, jetzt lichtet sich der Nebel. Ich hatte hier definitiv einen Denkfehler. Ich dachte, dass der zu trackende Gegenstand als reiner Empfänger fungiert und die Position genau via bei GPS über gemeinsame Zeitstempel ermittelt wird. Aber das erscheint wenn man darüber nachdenkt schon recht absurd: Bei GPS liegen die Signalwege im Bereich von 70 ms (und diese Satelliten sind ja ca. 20000 km entfernt). Wenn man soetwas also nun auf 20 m (Satelliten an der Decke einer Halle) herunterbrechen würde, läge eine Signallaufzeit im Bereich von 70 ns ...und das misst man nicht mehr einfach. Und wie gesagt: Der Synch wäre auch noch ein gravierendes Problem ;)
Als Alternative zu UWB fallen mir gerade noch die Teile hier ein. https://marvelmind.com/product/starter-set-hw-v4-9-nia/ Ist dann Triangulation via Ultraschall. Funktioniert aber sehr gut, wobei unsere Fläche nur ungefähr 10x10 Meter groß war
Jan schrieb: > Als Alternative zu UWB fallen mir gerade noch die Teile hier ein. Ja, die hatte ich bei der Recherche auch gefunden (siehe erster Post ganz oben) - ich war nur verwirrt, weil die Rede von ISM-Bändern ist und es sich so anhörte, als ob das Frequenz-Band in Deutschland nicht erlaubt ist. Aber erstens gibt es wohl zwei Versionen (mit verschiedenen Frequenzen) und zweitens würde ich davon ausgegangen, dass die Frequenzband-Regulierungen der Bundesnetzagentur nur für elektromagnetische Wellen gelten (und nicht für Ultraschall, was ja eine mechanische Welle ist). Das ist natürlich nur eine Mutmaßung, die sich über Bestätigung bzw. Falsizifierzung freuen würde ;) Zum System an sich: Danke für den Erfahrungsbericht. 10x10m ist etwas zu klein. Für 100x100 braucht man dann wahrscheinlich 10 bis 30 von diesen Systemen (auch wenn der Radius eines Beacons dort als "bis zu 50m" angegeben ist). Das könnte etwas teuer werden und am Ende hat man dann so viele Reflexionen, dass es gar nicht mehr geht :) Vielleicht ist BLE (Bluetooth) doch ein guter Kompromiss. Aber dazu muss ich nochmal etwas recherchieren. Mein naiver Ansatz: Ich besorge mir ein paar Beacons (z. B. diese https://german.alibaba.com/p-detail/Bluetooth-1600406388163.html, zufällige Suche), platziere diese halbwegs sinnvoll und versuche das mit der oben erwähnten FIND library (https://github.com/schollz/find3) auszuwerten (die Library hat wohl einen learning mode). Wenn man das aber weiter durchdenkt wird es in einer Lagerhalle dennoch immer wieder vorkommen, dass ein getaggtes Objekt "in einem falschen Gang" eingeordnet wird (z. B. parallel zum eingetlichen Gang). Das heißt, man bräuchte noch eine Zeit-Logik, die auswertet, in welcher Reihenfolge Beacons gesehen wurden und gleichzeitig noch eine Karte der Halle, die geweisse Bereiche komplett sperrt und andere logisch miteinander verknüpft. Das hört sich wiederum nicht un-aufwändig an und das ist beides kein Teil von der find3 library. Ohweia. Ich denke, um Erfahrungen in dieser Richtung zu sammeln, muss ich ein neues Topic aufmachen. Oder hast du das auch schon mal gesehen/genutzt @Jan? :D
Dein Problem ist die Annahme, dass du in einer Lagerhalle sinnvolle Ausbreitungsbedingungen vorfindet. Lokalisierung via Bluetooth klappt nur in reflexionsfreien Umgebungen. Sonst hat man ganz schnell doppeldeutige RSSI Werte. Da haben sich schon ganz andere die Zähne dran ausgebissen. Genauer als 1 Meter wird es damit nicht. Gleiches Spiel bei UWB. Durch Reflexionen bekommt man unterschiedliche Laufzeiten. Damit kann der gemessene Wert für die Distanz zum Lokator deutlich größer ausfallen, als sie eigentlich ist. In diesen beiden Problemen steckt die eigentliche Ingenieursarbeit. Machine learning leistet hier tolle Arbeit, ist aber auch alles andere als Trivial. Auch gibt es da so einige Anbieter, die bereits Lösungen für dein Problem anbieten und dafür dann zum Beispiel zusätzlich auf Angle of Arrival setzten. Was du zum Beispiel noch gar nicht beschreiben hast, wie groß ist dein Objekt? Wie sieht es mit der Energieversorgung für das "Tag" aus? Lagerhalle kann auch vieles sein. Ein Hochregallager stellt ganz andere Ansprüche, als eine leere Fläche.
Jan schrieb: > Lokalisierung via Bluetooth klappt nur in reflexionsfreien Umgebungen. Nur, wenn man sie auf Basis von RSSI machen will. Aber das ist eigentlich eh Käse. > Gleiches Spiel bei UWB. Durch Reflexionen bekommt man unterschiedliche > Laufzeiten. Damit kann der gemessene Wert für die Distanz zum Lokator > deutlich größer ausfallen, als sie eigentlich ist. Man misst ja nicht die Laufzeit als solche, sondern rechnet die Distanz aus einer IFFT heraus. Die Annahme ist dann, dass der direkte Pfad immer der kürzeste sein sollte, sodass man diesen Peak in der IFFT auch dann noch "irgendwie" herausfindet, wenn er nun nicht der allerstärkste ist (weil der direkte Pfad abgeschattet ist, die Reflektion stärker). > In diesen beiden Problemen steckt die eigentliche Ingenieursarbeit. So ist es.
Stimmt, BLE arbeitet da ja am HADM für den Standard. Ist dann halt AoA/AoD, zusammen mit Phasenmessung, RSSI und ggf auch ToF. Hatte da nicht TI schon was vorzeigbares?
Jan schrieb: > Hatte da nicht TI schon was vorzeigbares? Den aktuellen Stand kenne ich leider nicht so gut. Habe mal eine zeitlang an einem vergleichbaren System (aber nicht auf BLE-Basis) mitgearbeitet, das funktionierte insgesamt so schlecht nicht. Wenn es HADM auf ähnliche Ergebnisse bringt, wäre das eigentlich die Lösung für den TE, allerdings halt sehr sicher kein Opensource. Dafür habe die Beteiligten zu viel Arbeit reinstecken müssen, die sie sich bezahlen lassen wollen.
Habt ihr denn konkrete Erfahrung mit Anbietern von solchen Services gemacht bzw. könntet ihr etwas empfehlen? Die gibt es ja bei Google wie Sand am Meer in allen Ländern. Bzw. darf man hier im Board Firmenempfehlungen nennen? Ansonsten leg ich mir auch gern einen Account an :)
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