Sistema de localización en tiempo real

Los sistemas de localización en tiempo real ( RTLS ), también conocidos como sistemas de seguimiento en tiempo real , se utilizan para identificar y rastrear automáticamente la ubicación de objetos o personas en tiempo real , generalmente dentro de un edificio u otra área delimitada. Las etiquetas RTLS inalámbricas se fijan a los objetos o las llevan las personas, y en la mayoría de los RTLS, los puntos de referencia fijos reciben señales inalámbricas de las etiquetas para determinar su ubicación. ^{[ 1 ]} Algunos ejemplos de sistemas de localización en tiempo real incluyen el seguimiento de automóviles con un sistema de seguimiento de vehículos en una línea de montaje , la localización de palés de mercancías en un almacén o la localización de equipos médicos en un hospital.

La capa física de la tecnología RTLS suele basarse en la comunicación por radiofrecuencia (RF). Algunos sistemas utilizan tecnología óptica (generalmente infrarroja ) o acústica (generalmente ultrasonido ) junto con las etiquetas RTLS de RF, o en su lugar. Los puntos de referencia fijos pueden ser transmisores , receptores o ambos, lo que da lugar a numerosas combinaciones tecnológicas posibles.

Los sistemas RTLS son un tipo de sistema de posicionamiento local y no suelen referirse al GPS ni al seguimiento de teléfonos móviles . La información de ubicación generalmente no incluye velocidad, dirección ni orientación espacial.

El término RTLS fue creado (alrededor de 1998) en la feria ID EXPO por Tim Harrington (WhereNet), Jay Werb (PinPoint) y Bert Moore (Automatic Identification Manufacturers, Inc., AIM). Su objetivo era describir y diferenciar una tecnología emergente que no solo proporcionaba las capacidades de identificación automática de las etiquetas RFID activas , sino que también permitía visualizar la ubicación en una pantalla de ordenador. Fue en esta feria donde PinPoint y WhereNet mostraron los primeros ejemplos de un sistema RTLS comercial basado en radio. Si bien esta capacidad ya había sido utilizada por agencias militares y gubernamentales, la tecnología resultaba demasiado costosa para fines comerciales. A principios de la década de 1990, se instalaron los primeros sistemas RTLS comerciales en tres centros sanitarios de Estados Unidos, basados ​​en la transmisión y decodificación de señales de luz infrarroja procedentes de etiquetas transmisoras activas. Desde entonces, ha surgido nueva tecnología que permite aplicar RTLS también a sistemas de etiquetas pasivas.

Los sistemas RTLS se utilizan generalmente en interiores o áreas confinadas, como edificios, y no ofrecen cobertura global como el GPS . Las etiquetas RTLS se colocan en objetos móviles, como equipos o personal, para su seguimiento o gestión. Los puntos de referencia RTLS, que pueden ser transmisores o receptores, se distribuyen por todo el edificio (o área de interés similar) para proporcionar la cobertura deseada. En la mayoría de los casos, cuantos más puntos de referencia RTLS se instalen, mayor será la precisión de la localización, hasta que se alcancen las limitaciones de la tecnología.

Diversos diseños de sistemas distintos se denominan en conjunto "sistemas de localización en tiempo real". Dos elementos principales del diseño de estos sistemas son la localización en puntos críticos y la localización en coordenadas relativas.

Los sistemas RTLS se pueden utilizar en numerosas áreas logísticas u operativas para:

• Localizar y gestionar activos dentro de una instalación, como por ejemplo, encontrar un carro de herramientas extraviado en un almacén o equipo médico en un hospital.
• Crear notificaciones cuando un objeto se mueve, como una alerta si un carro de herramientas sale de las instalaciones.
• Combinar la identidad de varios artículos colocados en un mismo lugar, como por ejemplo en un palé.
• La seguridad de las carretillas elevadoras es una aplicación emergente de RTLS; sistemas como PathAware de Litum utilizan etiquetas vehiculares con tecnología UWB y sensores mejorados con IA para detectar peatones y obstáculos en tiempo real sin necesidad de etiquetas portátiles ni infraestructura de cámaras fijas. ^{[ 3 ]}
• localizar clientes, por ejemplo en un restaurante, para la entrega de comida o servicio.
• mantener los niveles de personal adecuados en las áreas operativas, como por ejemplo, asegurar que los guardias estén en los lugares correctos en un centro penitenciario.
• Contabilizar de forma rápida y automática a todo el personal después o durante una evacuación de emergencia.
• El Hospital General de Toronto está considerando el uso de RTLS para reducir los tiempos de cuarentena tras un brote de enfermedad infecciosa. ^{[ 4 ]} Tras un reciente brote de SARS , el 1 % de todo el personal fue puesto en cuarentena. Con RTLS, dispondrían de datos más precisos sobre quiénes habían estado expuestos al virus, lo que podría reducir la necesidad de cuarentenas. ^{[ 4 ]}
• Ayudar en los esfuerzos de mejora de procesos al rastrear y registrar automáticamente el tiempo de progreso de personas o activos a través de un proceso, como el tiempo de espera de un paciente en la sala de emergencias, el tiempo que pasa en el quirófano y el tiempo total hasta el alta.
• ayuda en la prestación de atención médica a través del monitoreo del personal y los pacientes y la entrega del equipo adecuado para su uso en ciertas situaciones, ya que la tecnología elimina largas horas de almacenamiento de informes manuales, llamadas, localización de personal y equipo ^{[ 5 ].}
• ayudar en la gestión de la capacidad de atención aguda a través de la localización de la atención clínica
• Proporcionar información y orientación a los visitantes dentro de una instalación, como hospitales y estadios.
• Prevenir el secuestro de menores activando alertas o alarmas si un bebé sale del perímetro de la sala de partos del hospital.
• apoyar las operaciones mineras mediante el seguimiento del personal y los equipos móviles en minas subterráneas o a cielo abierto, mejorando la seguridad, la utilización de los activos y la respuesta ante emergencias ^{[ 6 ].}

Los sistemas de localización en tiempo real (RTLS) pueden considerarse una amenaza para la privacidad cuando se utilizan para determinar la ubicación de las personas. El derecho humano a la autodeterminación informativa, recientemente declarado, otorga el derecho a impedir que la identidad y los datos personales se divulguen a terceros, y también abarca la divulgación de la ubicación , aunque esto generalmente no se aplica al ámbito laboral .

Varios sindicatos prominentes se han manifestado en contra del uso de sistemas RTLS para rastrear a los trabajadores, calificándolos como "el comienzo del Gran Hermano " y "una invasión de la privacidad ". ^{[ 7 ]}

Las tecnologías actuales de localización permiten identificar a los usuarios de dispositivos móviles de diversas maneras. En primer lugar, los proveedores de servicios tienen acceso a tecnologías basadas en la red y en el propio dispositivo que permiten localizar un teléfono en caso de emergencia. En segundo lugar, la ubicación histórica suele obtenerse de los registros del proveedor de servicios. En tercer lugar, otros dispositivos, como puntos de acceso Wi-Fi o interceptores IMSI, permiten rastrear dispositivos móviles cercanos en tiempo real. Finalmente, los sistemas de posicionamiento híbridos combinan diferentes métodos para intentar superar las limitaciones de cada uno. ^{[ 8 ]}

Existe una amplia variedad de conceptos y diseños de sistemas para proporcionar localización en tiempo real. ^{[ 9 ]}

• Identificación por radiofrecuencia activa (RFID activa)
• Identificación por radiofrecuencia activa - híbrida infrarroja (RFID-IR activa)
• Infrarrojo (IR)
• localización óptica
• Identificación de señales de baja frecuencia
• Identificación por radiofrecuencia semiactiva (RFID semiactiva)
• Localización RTLS RFID pasiva mediante antenas de matriz de fase orientables ^{[ 10 ]}
• Baliza de radio ^{[ 11 ]}
• Identificación por ultrasonido (US-ID) ^{[ 12 ]}
• Medición ultrasónica (US-RTLS)
• Banda ultraancha (UWB) ^{[ 13 ]}
• Banda ancha sobre banda estrecha ^{[ 14 ]}
• Red de área local inalámbrica (WLAN, Wi-Fi) ^{[ 15 ]}
• Bluetooth ^{[ 16 ] [ 17 ]}
• Agrupamiento en ambiente ruidoso ^{[ 18 ] [ 19 ]}
• Sistemas bivalentes ^{[ 20 ]}

En la Universidad Radboud de Nijmegen se ha construido un modelo general para la selección de la mejor solución para un problema de localización . ^{[ 21 ]} Muchas de estas referencias no cumplen con las definiciones dadas en la estandarización internacional con ISO/IEC 19762-5 ^{[ 22 ]} e ISO/IEC 24730-1. ^{[ 23 ]} Sin embargo, se satisfacen algunos aspectos del rendimiento en tiempo real y se abordan aspectos de la localización en el contexto de coordenadas absolutas.

Dependiendo de la tecnología física utilizada, se emplea al menos un método de medición de distancia y/o de angulación, y a menudo una combinación de ambos, para determinar la ubicación:

• Ángulo de llegada (AoA)
• Ángulo de partida (AoD) (por ejemplo, la localización de dirección Bluetooth ^{[ 24 ]} presenta una arquitectura RTLS centrada en dispositivos móviles ^{[ 25 ]} - véase US 7376428 B1)
• Línea de visión (LoS)
• Hora de llegada (ToA)
• Multilateración (diferencia de tiempo de llegada) (TDoA)
• Tiempo de vuelo (ToF)
• Medición de distancia bidireccional (TWR) según las patentes de Nanotron.
• Telemetría bidireccional simétrica de doble cara (SDS-TWR)
• Medición electromagnética de campo cercano (NFER)

La localización en tiempo real se ve afectada por diversos errores. Muchas de las principales causas están relacionadas con la física del sistema de localización y es posible que no se reduzcan mejorando el equipo técnico.

Ninguna o ninguna respuesta directa

Muchos sistemas RTLS requieren visibilidad directa y sin obstáculos. En aquellos sistemas donde no hay visibilidad desde las etiquetas móviles a los nodos fijos, el motor de localización no arrojará ningún resultado o este será inválido . Esto se aplica tanto a la localización por satélite como a otros sistemas RTLS, como el ángulo y el tiempo de llegada. La identificación de huellas digitales es una forma de superar el problema de visibilidad: si las ubicaciones en el área de seguimiento contienen huellas digitales de medición distintivas, no es necesaria la línea de visión. Por ejemplo, si cada ubicación contiene una combinación única de lecturas de intensidad de señal de los transmisores, el sistema de localización funcionará correctamente. Esto es cierto, por ejemplo, con algunas soluciones RTLS basadas en Wi-Fi. Sin embargo, tener huellas digitales de intensidad de señal distintivas en cada ubicación generalmente requiere una saturación bastante alta de transmisores.

Ubicación falsa

La medición de la ubicación puede parecer completamente errónea. Esto suele deberse a que los modelos operativos simples intentan compensar la multiplicidad de fuentes de error. Ignorar estos errores hace imposible obtener una ubicación precisa.

Localización de la lista de tareas pendientes

El término "tiempo real" no es una marca registrada ni posee una calidad inherente. Diversas ofertas se engloban bajo este concepto. Dado que el movimiento provoca cambios de ubicación, inevitablemente el tiempo de latencia para calcular una nueva ubicación puede ser determinante. Un sistema RTLS que requiere esperar nuevos resultados no justifica la inversión, o bien el concepto operativo que exige actualizaciones de ubicación más rápidas no se ajusta al enfoque del sistema elegido.

Error de ubicación temporal

La ubicación nunca se informará con exactitud , ya que los términos " tiempo real" y " precisión" se contradicen directamente en la teoría de la medición, al igual que los términos " precisión " y " costo" se contradicen en el ámbito económico. Esto no excluye la precisión, pero las limitaciones que conlleva una mayor velocidad son inevitables.

error de ubicación constante

El reconocimiento de una ubicación reportada, independientemente de su presencia física, generalmente indica un problema de sobredeterminación insuficiente y falta de visibilidad en al menos un enlace entre los puntos de anclaje fijos y los transpondedores móviles. Este efecto también se debe a conceptos insuficientes para compensar las necesidades de calibración.

fluctuación de la ubicación

El ruido procedente de diversas fuentes influye de forma errática en la estabilidad de los resultados. El intento de proporcionar una apariencia uniforme aumenta la latencia, lo que contradice los requisitos de tiempo real.

Salto de ubicación

Dado que los objetos con masa tienen limitaciones para saltar, estos efectos suelen estar más allá de la realidad física. Los saltos de ubicación reportados que no son visibles para el objeto en sí generalmente indican un modelado incorrecto con el motor de localización. Este efecto se debe a cambios en la predominancia de diversas respuestas secundarias.

Desplazamiento de ubicación

La ubicación de los objetos se reporta como cambiante cuando las mediciones tomadas se ven afectadas por reflexiones de trayectorias secundarias, cuyo peso aumenta con el tiempo. Este efecto se debe a un simple promedio e indica una discriminación insuficiente de los primeros ecos.

En la aplicación de RTLS en la industria de la salud, se han publicado varios estudios que analizan las limitaciones de los sistemas RTLS actualmente adoptados. Las tecnologías RFID, Wi-Fi y UWB, todas basadas en RFID, son peligrosas debido a la interferencia que pueden causar con equipos sensibles. Un estudio realizado por el Dr. Erik Jan van Lieshout del Centro Médico Académico de la Universidad de Ámsterdam, publicado en JAMA ( Journal of the American Medical Equipment ) ^{[ 26 ]} , afirmaba que "RFID y UWB podrían inutilizar equipos de los que dependen los pacientes", ya que "RFID causó interferencias en 34 de las 123 pruebas realizadas". El primer proveedor de RTLS Bluetooth en la industria médica respalda esta afirmación en su artículo: "El hecho de que RFID no se pueda usar cerca de equipos sensibles debería ser una señal de alerta para la industria médica". El RFID Journal respondió a este estudio, no negándolo, sino explicando una solución práctica: "El estudio de Purdue no mostró ningún efecto cuando los sistemas de ultra alta frecuencia (UHF) se mantuvieron a una distancia razonable de los equipos médicos. Por lo tanto, colocar lectores en cuartos de servicio, cerca de ascensores y encima de las puertas entre alas o departamentos del hospital para rastrear activos no representa un problema". ^{[ 27 ]} Sin embargo, el caso de “mantener una distancia razonable” podría seguir siendo una cuestión abierta para los adoptantes y proveedores de tecnología RTLS en instalaciones médicas.

En muchas aplicaciones, resulta muy difícil y a la vez crucial elegir adecuadamente entre las diversas tecnologías de comunicación (p. ej., RFID, WiFi, etc.) que puede incluir RTLS. Las decisiones de diseño erróneas tomadas en las primeras etapas pueden tener consecuencias catastróficas para el sistema y una importante pérdida económica por reparaciones y rediseños. Para solucionar este problema, se desarrolló una metodología especial para la exploración del espacio de diseño de RTLS. Esta metodología integra pasos como el modelado, la especificación de requisitos y la verificación en un único proceso eficiente. ^{[ 28 ]}

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• Malik, Ajay (2009). RTLS para principiantes . Wiley. pág.  384. ISBN 978-0-470-39868-5.
• Geolocalización en interiores mediante redes de área local inalámbricas (Berichte Aus Der Informatik), Michael Wallbaum (2006)
• Sistemas de posicionamiento local: aplicaciones y servicios LBS , Krzysztof Kolodziej y Hjelm Johan, CRC Press Inc (2006)