Ortung

IoT-basierte Lokalisierungssysteme ermöglichen die Verfolgung von Assets und Personal in Echtzeit

11 Min
02. Mai 2024
Lokalisierung use case

Sie können sich auf Folgendes freuen:

Die Ortung von Objekten in der Industrie oder Logistik ist von größter Bedeutung für effiziente Prozesse. Entscheidend dabei sind die benötigten Daten der Objekte über den Standort hinaus. Zu wissen, wo sich ein Asset befindet ist die erste Kerninformation. Ergänzend auch den Status zu kennen erweitert den Handlungsmöglichkeiten enorm. Sensorik am Objekt oder Ladungsträger, sowie der Ortung mit RFID-Chips ermöglicht diesen Wissensstatus. Häufig kommt eine Kombination von IoT-Technologien zum Einsatz. Beispielsweise wird in einem kanadischen Krankenhaus ein UHF-RTLS-System für die Verwaltung und Lokalisierung von Assets in Echtzeit eingesetzt.

1. Status Quo

Was ist Ortung?

Die Begriffe „Lokalisierung“ und „Ortung“ sind eng miteinander verbunden. Ortung bezieht sich auf die Methoden und Techniken, die zur Bestimmung der Position oder der Koordinaten eines Objekts oder einer Person verwendet werden. Dazu gehört beispielsweise die Verfolgung von Werkzeugen oder die Werkzeugortung. Zu diesen Methoden gehören satellitengestützte Ortungssysteme wie Global Positioning Systems (GPS), zellulare Positionierung, Wi-Fi-Positionierung und Trägheitsnavigationssysteme (INS). Ortungstechnik und -systeme liefern Informationen über die relative Position eines Objekts, typischerweise in Form von Breitengrad, Längengrad und Höhe.

Lokalisierung hingegen bezieht sich auf einen spezifischen Aspekt der Ortung. Es geht darum, den genauen Standort eines Objekts oder einer Einheit innerhalb eines begrenzten Bereichs zu bestimmen, oft mit hoher Genauigkeit. Im Gegensatz zur Ortung, die sich auf die Bestimmung absoluter Koordinaten über einen großen Bereich beziehen kann, geht es bei der Lokalisierung eher um die Bestimmung der relativen Position innerhalb eines kleineren, definierten Raums.

Die Lokalisierung erfolgt mittels Indoor-Positionierungssystemen, die Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE) und Ultraschall- oder Magnetfeldsensoren verwenden, um eine präzise Positionierung in Innenräumen zu ermöglichen. Radio Frequency Identification (RFID)-Ortungssysteme ermöglichen eine exakte Objektlokalisierung und verfolgung. Auch IoT-Ortungsgeräte, die mit Sensoren und GPS-Modulen ausgestattet sind, können verwendet werden. LoRaWAN, Echtzeichlokalisierung (RTLS) und Ultrabreitbandtechnologie (UWB) werden ebenfalls zur Lokalisierung eingesetzt.

Geozonen beziehen sich im Zusammenhang mit Lokalisierung und Positionierung auf vordefinierte geografische Gebiete oder Zonen, die durch spezifische Koordinaten oder Grenzen definiert sind. Geozonen werden häufig für standortbasierte Dienste, Asset-Tracking, Flottenmanagement und Geofencing-Anwendungen verwendet.

Fahrzeugortung

Die Fahrzeugortung ist ein Teilbereich des Themas „Ortung“, der sich mit der Überwachung und Verfolgung von Fahrzeugen beschäftigt. Ein Echtzeit-Fahrzeugortungssystem ermöglicht es, die genaue Position eines Fahrzeugs in Echtzeit zu bestimmen und kontinuierlich zu überwachen. Diese Systeme nutzen GPS-Technologie, um Standortdaten zu erfassen und diese an eine zentrale Plattform zu übermitteln. Dadurch können Flottenmanager und Unternehmen den Standort ihrer Fahrzeuge jederzeit einsehen, die Routenplanung optimieren und die betriebliche Effizienz steigern. Echtzeit-Fahrzeugortungssysteme bieten zudem erhöhte Sicherheit, da sie bei Diebstahl oder Notfällen eine schnelle Lokalisierung und Reaktion ermöglichen.

Wireless IoT Technologien und Ortung

  • RFID

    Radio Frequency Identification (RFID)-Positionsbestimmung wird zur Lokalisierung verwendet, indem RFID-Etiketten an Objekten angebracht und RFID-Lesegeräte verwendet werden, um deren Anwesenheit und Standort zu erkennen.

  • UWB

    Die Ultrabreitbandtechnologie (UWB) nutzt Funkwellen mit kurzer Reichweite, um eine hochpräzise Positionsbestimmung zu ermöglichen, die auf wenige Zentimeter genau ist.

  • RTLS

    Echtzeit-Ortungssysteme (Real-Time Location Systems / RTLS) werden für die kontinuierliche Verfolgung und Aktualisierung der Position eines Ziels in Echtzeit eingesetzt.

  • BLE

    Bluetooth Low Energy (BLE) ermöglicht eine drahtlose Kommunikation mit geringem Stromverbrauch und kurzer Reichweite zwischen IoT-Geräten und BLE-Beacons oder Smartphones in der Nähe. BLE kann für die Navigation und Lokalisierung in Innenräumen genutzt werden.

  • LPWAN

    LoRaWAN kann mit anderen Lokalisierungstechnologien wie GPS oder Wi-Fi kombiniert werden, um die Genauigkeit zu erhöhen und eine präzisere Lokalisierung in Außen- bzw. Innenbereichen zu ermöglichen.

Produkte zum Aufbau eines Ortungssystems

Ein Ortungs- oder Loklisierungssystem kann mit GPS-Trackern, Bluetooth-Beacons, LoRaWAN-fähigen Geräten, RFID-Tags und Wireless RFID Reader, Wi-Fi-Zugangspunkten, UWB-Tags und -Ankern, zellularen IoT-Modulen sowie IoT-Gateways und Edge Devices erstellt werden.

GPS-Tracker werden häufig an Gegenständen, Fahrzeugen oder Personen (über Kleidung oder Namensschilder) angebracht und nutzen Satellitensignale zur Bestimmung des Standorts im Außenbereich. BLE-Beacons werden in Innenräumen platziert und häufig an Wänden, Decken oder Möbeln angebracht, um ein Netzwerk von Referenzpunkten für die Lokalisierung im Nahbereich zu schaffen. RFID-Tags werden an Anlagen, Produkten oder Personen angebracht. Sie können auch direkt in Produktverpackungen eingebettet oder in Namensschilder oder Armbänder integriert werden. UWB-Tags werden zur hochpräzisen Ortung an Anlagen, Geräten oder Personen angebracht. Wi-Fi-Zugangspunkte werden überall in Innenräumen installiert, üblicherweise an Decken, Wänden oder in regelmäßigen Abständen an Masten angebracht. So wird eine ausreichende Abdeckung und Signalstärke gewährleistet, um eine drahtlose Verbindung herzustellen und die Wi-Fi-Positionierung zu ermöglichen.

IoT-Gateways und Edge-Geräte werden häufig an zentralen Orten innerhalb einer Einrichtung installiert, z. B. in Serverräumen oder Geräteschränken. Sie erleichtern die Datenaggregation und -übertragung an zentrale Plattformen. In einem LoRaWAN-Netz sind mehrere Gateways über ein geografisches Gebiet verteilt. Diese Gateways empfangen Signale von LoRaWAN-fähigen Geräten, wie z. B. Sensoren oder Tracker. Mit der Multilaterationstechnik kann der Standort von Geräten innerhalb dieses Netzes geschätzt werden.

Zahlen & Fakten

Positionierung und Lokalisierung, Begriffe, die in den Medien oft synonym verwendet werden, sind enorme Wachstumsmärkte. Grund dafür ist vor allem der technologische Fortschritt. Laut einem Bericht des kanadisch/indischen Anbieters von Markteinblicken „Precedence Research“ wird der globale Markt für Location Based Services im Jahr 2022 auf über 49 Milliarden USD geschätzt. Bei den Komponenten hatte das Hardwaresegment im Jahr 2022 mit 45 Prozent den größten Marktanteil. Im Hinblick auf die Technologie hatte das GPS-Segment im Jahr 2022 einen Marktanteil von 31 Prozent. Was die Anwendungen betrifft, so entfielen 35 Prozent des Marktanteils auf das Segment Kartierung und Navigation.

Auch der Markt für Indoor-Navigation und Ortung wächst. Laut einem Bericht des Marktforschungs- und Beratungsunternehmens „Spherical Insights“ ist der globale Markt für Indoor-Ortungslösungen in verschiedene Technologien unterteilt, darunter BLE, Wi-Fi, UWB und RFID. Das BLE-Segment hat mit 32,6 Prozent im Jahr 2022 den größten Marktumsatzanteil und wird diesen voraussichtlich bis 2032 beibehalten. In Bezug auf die Endnutzersegmente hatte das Transport- und Logistiksegment im Jahr 2022 mit 38,2 Prozent den größten Umsatzanteil. Dies zeigt die wachsende Bedeutung der Indoor-Positionierung für die Ortung, Überwachung und Identifizierung von Anlagen in diesem Sektor.

2. In der Praxis

Erfolgreiche Beispiele der Lokalisierung

Gibt es Beispiele aus der Praxis, die zeigen, wie drahtlose IoT-Technologien zur Lokalisierung eingesetzt werden? Ja! In den Bereichen Gesundheitswesen, Logistik und Bauwesen erzeugen drahtlose IoT-Technologien zahlreiche Vorteile.

Indoor-Lokalisierung bei TB International

Der Modegroßhändler TB International hat die Bewegungen aller Waren und Fahrzeuge im 25.000 m² großen Lager in Groß Gerau, Deutschland, mit UHF-RFID-Tags und UWB-Sensoren in Echtzeit verfolgt. Alle Kartons im Lager wurden mit UHF-RFID-Tags von Cisper Electronics ausgestattet. Alle 40 Gabelstapler wurden mit zwei RFID-Lesegeräten von Deister Electronic und einem UWB-Vehicle-Tag zur Übertragung von Positionsdaten ausgestattet. Die Gänge des Lagers wurden ebenfalls mit UWB-Sensoren ausgestattet. So können die Positionen der Gabelstapler und einzelner Kartons in Echtzeit mit einer Genauigkeit von 10 cm erfasst werden.

„RFID ist die Technologie der Zukunft in der Logistik und im Einzelhandel. Es ist noch viel mehr möglich. Jetzt, wo alle 40 Gabelstapler in Groß Gerau mit Readern versehen sind und die Technologie im Warenlager implementiert ist, können wir jederzeit neue Anwendungsfälle als Erweiterung hinzufügen.“

Johannes Rudenko

Business economist, TB International

Logo TB International

Asset-Ortung im West Park Health Centre

RFID Canada hat im West Park Health Centre (WPHC) in Toronto, Kanada ein passives UHF-RTLS-System auf sieben Etagen installiert. Das System umfasst 608 Antennen, 120 Lesegeräte und 50 Multiplexers, die auf 730.000 Quadratmetern ein Echtzeit-IoT-Asset-Management ermöglichen. In einem ersten Schritt wurden 25.000 Geräte mit passiven Tags von HID, Beontag und Metalcraft ausgestattet. Die UHF-RTLS-Lösung ermöglicht die Identifizierung und Überwachung des Inventars in jedem Bereich des Gebäudes und bietet die Möglichkeit, bestimmte Assets, wie z. B. Rollstühle, in bestimmten Zonen zu identifizieren und zu zählen.

Teaser: West Park Healthcare Centre in Toronto mit UHF-RFID ausgestattet
West Park Health Centre in Toronto mit UHF-RFID ausgestattet

„Krankenhäuser stehen unter einem hohen Effizienzdruck. Durch die RTLS-Lösung lassen sich nicht nur akute Suchanfragen schnell beantworten, sondern vor allem auch Datenanalysen vornehmen. Bedarfsanalysen werden mit Analysetools und KI zielgenau. Gleichzeitig können Investitionen optimiert werden. Auch Diebstähle oder andere Verluste werden minimiert. Selbst Engpässe könnten vorhergesagt werden. Die Daten verhelfen dem Krankenhaus somit zur durchgängigen Digitalisierung.“

Khaled Elshimy

CEO, RFID Canada

Logo RFID Canada

E-Bike-Ortung bei Iko Sportartikel Handels

Der süddeutsche Fahrradhersteller Iko Sportartikel Handels setzt eine BLE-Lösung ein, mit der Kunden ihre E-Bikes schnell finden und orten können. Die Lösung „C-Finder“ soll in den ersten Corratec-E-Bike-Modellen für 2024 eingeführt werden. Diese Lösung funktioniert in Kombination mit der App „Find My“ von Apple. Der Tracker „C-Finder“ hat eine integrierte Antenne von Kathrein Solutions und wird direkt unter dem Motor des E-Bikes montiert. Die integrierte Antenne ermöglicht eine sichere Kommunikation mit der Apple Find My App.

Track & Trace von E-Bikes
Track & Trace von E-Bikes mit Apple Find My network

„Für das Projekt entwickelte Kathrein Solutions eine spezielle Antenne, die in der unmittelbaren Nähe des metallischen Fahrradrahmen mit maximaler Erfassungsreichweite funktioniert und die symmetrische Empfangsleistung sicherstellt. Antenne, Elektronik und die Mechanik im Fahrradrahmen sind im Einklang. Ergebnis: Die Marke Corratec bietet seinen E-Bike- Kunden mit dem C-Finder die Sicherheit, das Fahrrad im Verlustfall wiederzufinden.“

Jochen Vogt

COO & Managing Director, Iko Sportartikel Handels GmbH

Logo iko Sportartikel

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3. Panorama

Die Zukunft der Lokalisierungs- und Positionierungssysteme

Wireless IoT-Technologien werden die Lokalisierung und Positionierung weiterhin effizienter, skalierbarer und präziser machen. Die Lokalisierung und Echtzeitortung von Personen und Objekten wird einfacher werden. LPWAN-Technologien wie LoRaWAN und mioty werden beispielsweise zunehmend in Smart-City-Anwendungen für eine genauere Positionierung von Objekten oder Personen im Außenbereich eingesetzt.

In Zukunft wird maschinelles Lernen eine große Rolle bei der Entwicklung von Lokalisierungs- und Ortungslösungen spielen. Deep Learning (DL), eine Unterkategorie des maschinellen Lernens, kann eingesetzt werden, um den Standort von Geräten auf der Grundlage von Datenmustern zu prognostizieren. In Bezug auf IoT-Ortung wird DL zur Analyse von Daten aus GPS-Trackern und Sensoren verwendet, um die Lokalisierungsgenauigkeit zu erhöhen.

Um die Position eines IoT-Geräts zu prognostizieren, analysieren „neuronale Netze“, eine weitere Unterkategorie des maschinellen Lernens, Datenmuster aus erfassten Daten. Eine weitere zukünftige Innovation ist die Ortung in Innenräumen auf der Grundlage von Fingerabdrücken in Kombination mit DL-Methoden.

Vorteile der IoT-basierten Ortungssystemen

IoT-basierte Lokalisierungs- und Ortungssysteme bieten viele Vorteile. Der erste ist die Verfolgung und Überwachung von Anlagen, Fahrzeugen und Personal in Echtzeit. So erhalten Unternehmen wertvolle Einblicke in ihren Betrieb. Die Echtzeitverfolgung mit Technologien wie RTLS steigert die betriebliche Effizienz, verbessert die Anlagenauslastung und ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Notfälle oder Abweichungen von vordefinierten Routen. IoT-basierte Lokalisierungssysteme erleichtern auch die effiziente Verwaltung von Anlagen. Genaue Standortdaten verringern das Risiko des Verlusts oder Diebstahls von Anlagen.

Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Sicherheit in Industrie- und Gesundheitseinrichtungen sowie in Smart Cities. Ein Beispiel: Tragbare IoT-Geräte, die mit Ortungsfunktionen ausgestattet sind, können die Sicherheit der Mitarbeiter erhöhen, indem sie ihre Bewegungen überwachen und in Notfällen Warnungen senden.

Durch die Bereitstellung von Ortungsdaten in Echtzeit ermöglichen IoT-basierte Ortungssysteme Unternehmen eine Optimierung der Ressourcenzuweisung. In Transport und Logistik optimieren IoT-fähige Flottenmanagementsysteme die Routenplanung, senken den Kraftstoffverbrauch und verbessern die Liefergenauigkeit.

Die IoT-basierte Lokalisierung spielt auch bei der Entwicklung einer Smart City eine große Rolle. Sensoren und IoT-Geräte werden eingesetzt, um Daten zu sammeln und städtische Infrastrukturen zu optimieren.

Vorteile von Wireless IoT

  • Echtzeit-Verfolgung und Überwachung
  • Erhöhte Sicherheit
  • Optimierte Ressourcenverteilung
  • Nahtlose Integration und Skalierbarkeit
  • Optimierte Vermögensverwaltung

Herausforderungen bei IoT-Ortungssystemen

Bei der Einrichtung von IoT-basierten Lokalisierungssystemen im Innen- und Außenbereich gibt es verschiedene Herausforderungen.

In Innenräumen und einigen Außenbereichen gibt es oft zahlreiche physische Barrieren. In Innenräumen gehören dazu Wände, Möbel, Türen und Maschinen. In Außenbereichen sind dies beispielsweise Gebäude und Berge. Diese Hindernisse können die für die Lokalisierung verwendeten Funksignale stören, was zu ungenauen Standortdaten führt. Es ist wichtig, potenzielle Interferenzquellen zu identifizieren und Beacons oder Zugangspunkte strategisch zu platzieren, um Interferenzen zu minimieren.

Eine weitere Herausforderung, vor allem in Außenbereichen, ist die Belastung durch raue Bedingungen wie extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und Staub. Diese Faktoren können die Leistung und Lebensdauer von IoT-Geräten beeinträchtigen. Es ist wichtig, dass IoT-Geräte, die im Freien installiert werden, über robuste Gehäuse verfügen.

Datenmanagement und datensicherheit für Unternehmen ist eine weitere große Herausforderung, wenn es um IoT-basierte Lokalisierungslösungen und -systeme geht. IoT-Geräte im Außenbereich sind anfällig für Sicherheitsbedrohungen wie unbefugten Zugriff, Datenverletzungen und physische Manipulationen. Sicherheitsmaßnahmen wie Geräteauthentifizierung, Datenverschlüsselung und sichere Boot-Mechanismen sollten zum Schutz vor Cyberangriffen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich implementiert werden. Manipulationssichere Siegel können auch physische Manipulationen und unbefugten Zugriff auf die IoT-Geräte verhindern.

Das Sammeln und Verarbeiten von Ortungsdaten in Innenräumen führt auch zu Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes, insbesondere an Arbeitsplätzen, in Gesundheitseinrichtungen und in Einzelhandelsgeschäften. Laut einer Studie von Gemalto haben 50 Prozent der Verbraucher keine Kontrolle über ihre persönlichen Daten. 54 Prozent der Verbraucher sind sehr beunruhigt über den Mangel an Privatsphäre durch vernetzte Geräte. 51 Prozent der Verbraucher haben Angst vor Datenschutzverletzungen durch unbefugte Parteien wie Hacker. Unternehmen müssen Datenschutzrichtlinien und Sicherheitsmaßnahmen einführen, um sensible Standortdaten zu schützen und Vorschriften wie GDPR und CCPA einzuhalten.

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Ausblick – Next-Level Ortung

Im sich schnell entwickelnden Bereich der IoT-Lokalisierung und -Positionierung werden mehrere zukünftige Trends die Wahrnehmung und Nutzung von Standortdaten verändern. Die Lokalisierung der Zukunft mit IoT umfasst Edge Computing, KI und maschinelles Lernen sowie Blockchain.

Edge Computing

Mit der wachsenden Anzahl von Netzwerkknoten steigt auch das Datenvolumen und der Rechenaufwand für die IoT-Lokalisierung. Edge-Computing in der digitalisierten Supply Chain wird bei der IoT-Lokalisierung eine entscheidende Rolle spielen, da es Daten näher an der Quelle verarbeitet und so Latenzzeiten und Bandbreitennutzung reduziert. Edge-basierte Lokalisierungsalgorithmen ermöglichen es den Geräten, Entscheidungen in Echtzeit zu treffen, ohne dabei stark auf Cloud-Ressourcen angewiesen zu sein. Dadurch eignen sie sich ideal für Anwendungen, die geringe Latenzzeiten erfordern, wie z. B. Augmented Reality (AR) und Robotik.

KI und maschinelles Lernen

KI und maschinelle Lernalgorithmen werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von IoT-Lokalisierungssystemen weiter verbessern. Fortgeschrittene Lokalisierungsalgorithmen, wie Deep-Learning-Verfahren, werden große Mengen an Daten von Sensoren analysieren, um Muster zu extrahieren und präzise Standortvorhersagen zu treffen, selbst in schwierigen Umgebungen wie städtischen Gebieten oder Innenräumen.

Blockchain

Die Blockchain-Technologie wird eine entscheidende Rolle bei der Sicherung von Standortdaten und der Gewährleistung der Datenintegrität in IoT-Lokalisierungssystemen spielen. Die Distributed-Ledger-Technologie (DLT) wird eine fälschungssichere Aufzeichnung von Standortdaten ermöglichen und so das Vertrauen und die Transparenz bei standortbezogenen Diensten erhöhen und gleichzeitig die Privatsphäre der Nutzer schützen.

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