Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 5

Precision Indoor Positioning with Ultra-Wideband (UWB) Technology

Precyzyjne pozycjonowanie w pomieszczeniach dzięki technologii ultraszerokopasmowej (UWB)

10.15199/48.2024.05.20

nr katalogowy: 148605
10.15199/48.2024.05.20

Streszczenie

Ultra- Wideband (UWB) is a radio-based communication technology that allows for quick and reliable data transmission over short distances. This paper explores the application of UWB in indoor localization systems tailored for emergency response operations. A persistent challenge during emergency rescues is the loss of communication and tracking capabilities for responders within a building, making it impossible for those outside to pinpoint their exact locations. The aspiration of this project is to develop a device that could track the indoor location using a microcontroller and the DWM 1000. This system will be designed to track and collect data from on-scene situations such as collapsed buildings, landslides, and other natural disasters. On exact measurements of the transmitted time of arrival (ToA) and time difference of arrival (TDoA), the system is built. While TDoA merely deals with relative time for all receivers, ToA requires accurate knowledge of the synchronizing and transmitting times between the transmitter and receiver. Aside from that, measurements will be used to evaluate the performance of the DWM 1000 UWB parameters. Beyond its utility in emergency response, the system empowers precise control and localization of first responders using UWB technology, providing fast, accurate, real-time object tracking and tracing for indoor applications. The system's versatility extends to assisting visually impaired individuals in navigating unfamiliar spaces, aiding in emergency evacuations in smoke-filled environments, and enhancing child safety in crowded venues.

Abstract

Ultraszerokopasmowy (UWB) to technologia komunikacji radiowej, która pozwala na szybką i niezawodną transmisję danych na niewielkie odległości. W artykule omówiono zastosowanie UWB w wewnętrznych systemach lokalizacyjnych dostosowanych do działań ratowniczych. Stałym wyzwaniem podczas akcji ratowniczych jest utrata możliwości komunikacji i śledzenia ratowników w budynku, uniemożliwiająca osobom znajdującym się na zewnątrz dokładne określenie ich lokalizacji. Aspiracją tego projektu jest opracowanie urządzenia, które mogłoby śledzić lokalizację w pomieszczeniach zamkniętych za pomocą mikrokontrolera i DWM 1000. System ten będzie przeznaczony do śledzenia i gromadzenia danych z sytuacji na miejscu zdarzenia, takich jak zawalone budynki, osuwiska i inne klęski żywiołowe . Na podstawie dokładnych pomiarów transmitowanego czasu przybycia (ToA) i różnicy czasu przybycia (TDoA) budowany jest system. Podczas gdy TDoA zajmuje się jedynie względnym czasem dla wszystkich odbiorników, ToA wymaga dokładnej wiedzy o czasach synchronizacji i transmisji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Oprócz tego pomiary zostaną wykorzystane do oceny parametrów DWM 1000 UWB. Oprócz swojej użyteczności w sytuacjach kryzysowych, system umożliwia precyzyjną kontrolę i lokalizację osób udzielających pierwszej pomocy przy użyciu technologii UWB, zapewniając szybkie i dokładne śledzenie obiektów w czasie rzeczywistym w zastosowaniach wewnętrznych. Wszechstronność systemu obejmuje pomoc osobom niedowidzącym w poruszaniu się w nieznanych przestrzeniach, pomoc w ewakuacji awaryjnej w środowiskach wypełnionych dymem oraz poprawę bezpieczeństwa dzieci w zatłoczonych miejscach.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Grzechca, D., Hanzel, K., & Paszek, K. (2018, February 1), “Accuracy analysis for object positioning on a circular trajectory based on the UWB location system”, IEEE Xplore, pp 69-74, 2018, doi:10.1109/TCSET.2018.8336158.
[2] B. Xia, X. Zheng, L. Zhang, and L. Zhao, “UWB Positioning System Based on Genetic Algorithm,” Journal of Computer and Communications, vol. 09, no. 04, pp. 110–118, 2021, doi: 10.4236/jcc.2021.94008.
[3] D.Coppens, A.Shahid, S. Lemey, B.V.Herbruggen, C. Marshall, & E.D. Poorter, “ An Overview of UWB Standards and Organizations (IEEE 802.15.4, FiRa, Apple): Interoperability Aspects and Future Research Directions”, IEEE Access, Vol. 10, 2022, doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3187410.
[4] C.Zheng, Y. Ge, A. Guo, Ultra-Wideband Technology: Characteristics, Applications and Challenges”, Signal Processing, 2023,arxiv.2307, doi.org/10.48550/arXiv.2307.13066.
[5] Q.Zhou, C.Shen, X.Chen & G.Feng, “UWB Wireless Positioning Technology in the Application”, 2016 IEEE Conference on Wireless Sensors (ICWiSe), doi.org/10.1109/ICWISE.2016.8188551.
[6] Y.Liu, Y.Bao, “Real-time remote measurement of distance using ultra-wideband (UWB) sensors”, Automation in Construction, Elsevier, vol. 150, pp. 1-13, 2023.
[7] V.Yogesh, J.H.Buurke, P.H. Veltink & C.T.M. Baten, “Integrated UWB/MIMU Sensor System for Position Estimation towards an Accurate Analysis of Human Movement: A Technical Review”, Sensors 2023, 23(16), doi.org/10.3390/s23167277.
[8] Alarifi, Abdulrahman & Al-Salman, AbdulMalik & Alsaleh, Mansour & Alnafessah, Ahmad & Al-Hadhrami, Suheer & AlAmmar, Mai & Al-Khalifa, Hend, “Ultra Wideband Indoor Positioning Technologies: Analysis and Recent Advances”, Sensors. 2016. 1-36. 10.3390/s16050707.
[9] F.Che, Q.Z.Ahmed, P.I. Lazaridis, P. Sureephong & T.Alade, “Indoor Positioning System (IPS) Using Ultra-Wide Bandwidth (UWB) For Industrial Internet of Things (IIoT)”, Sensors, 23(12), doi.org/10.3390/s23125710.
[10] E.Pawlowski, “Application of the Least Squares Method to the approximation of equally spaced samples in frequency measurement approach”, Przeglad Elektrotechniczny, Vol 96 (8), pp 143-146, 2020. doi:10.15199/48.2020.08.29.
[11] B.Cao, S.Wang, S.Ge, & W.Liu, “ Improving Positioning Accuracy of UWB in Complicated Underground NLOS Scenario Using Calibration, VBUKF, and WCA”, IEEE Transactions On Instrumentation and Measurement, Vol 70, 2021, doi.org/10.1109/TIM.2020.3035579.
[12] Y.Liu, “UWB ranging error analysis based on TOA mode”, Journal of Pyhsics:Conference Series, MEMAT 2021, doi:10.1088/1742-6596/1939/1/012124.
[13] S.B Jeon, T.Ho Jo, H.S. Park & S.S. Hwang, “A Location Estimation Algorithmn Combined with TDOA and TOA Considering Repeaters”, 2023 Fourteenth International Conference and Future Networks (ICUFN), doi.org/10.1109/ICUFN57995.2023.10200855.
[14] Y.Zhang, Y. Chu, Y. Fu, Z. Li & Y. Song, “UWB Positioning Analysis and Algorithm Research”, Elsevier, IST 2021, doi.org/ 10.1016/j.procs.2021.12.271.
[15] Le.Yao, Li.Yao & Y.W. Wu, “Analysis and Improvement of Indorr Positiong Accuracy for UWB Sensors”, Sensors 2021, 21(17), doi.org/10.3390/s21175731.
[16] Gnaś, D., & Adamkiewicz, P. “Indoor Localoization System Using UWB”, Informatyka, Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Srodowiska, 12(1),pp15-19, 2022, doi.org/10.35784/iapgos.2895.
[17] T.Zhou & Y. Cheng, “UWB Indoor Positioning Algorithm based on TDOA Technology”, ITME, IEEE Xplore 2019, doi.org/10.1109/ITME.2019.00177.
[18] N. Sainuddin, J.M.Sultan, M.Azuani, “Multi-core and Singlecore Raspberry Pi Microprocessor’s”, Przeglad Elektrotechniczny, Vol 1 (1), pp 38-43, 2023.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 89816 "ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - e-zeszyt (pdf) 2015-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	25.00 zł

Prenumerata

AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

312.00 zł

AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - papierowa prenumerata roczna	384.00 zł brutto 355.56 zł netto 28.44 zł VAT (stawka VAT 8%)
AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

426.00 zł

AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
AURA OCHRONA ŚRODOWISKA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	480.00 zł brutto 444.44 zł netto 35.56 zł VAT (stawka VAT 8%)

480.00 zł

Zeszyt

2024-5

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma