Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đã được ứng dụng trong rất nhiều phần mềm và thiết bị. Các thiết bị không dây như điện thoại thông minh đã được cài đặt sẵn tính năng định vị toàn cầu GPS như một phần không thể thiếu. Độ chính xác của GPS khi sử dụng ở môi trường ngoài trời (outdoor) là rất cao, tuy nhiên, hệ thống định vị toàn cầu GPS không thể cho một kết quả chính xác khi thiết bị ở trong môi trường trong nhà (indoor). Đặc biệt là các môi trường trong các toà nhà lớn như cao ốc, viện bảo tàng, trung tâm thương mại. Định vị trong nhà đã trở thành một trong những chủ đề nghiên cứu được quan tâm nhiều trong những năm trở lại đây và đã có những hệ thống được thương mại hoá.

Công nghệ định vị trong nhà là gì?

Định vị trong nhà là công nghệ cho phép người dùng sử dụng bất kỳ thiết bị nào để định vị chính xác người hoặc địa điểm trong tòa nhà theo thời gian thực. Ví dụ: Giúp người dùng hiểu liệu họ có đang ở đúng tòa nhà và đúng tầng hay không và họ cần phải đi bao xa để đạt được điểm quan tâm mà họ lựa chọn.

Công nghệ định vị trong nhà có thể được cung cấp bởi hai cơ chế khác nhau. Một điều cần lưu ý là sử dụng hệ thống định vị trong nhà (IPS) để theo dõi vị trí của một cá nhân khi sử dụng công cụ tìm đường. Ở các địa điểm ngoài trời, điều này thường được thực hiện bằng công nghệ GPS. 

Những hạn chế kỹ thuật của GPS khiến nó không thể hoạt động trong nhà. Do đó, việc tạo ra một công nghệ định vị trong nhà đòi hỏi một sự cài đặt và lựa chọn tùy chỉnh từ nhiều công nghệ khác nhau. Ví dụ: Các công nghệ như đèn hiệu, Wi-Fi, Li-Fi, thiết bị siêu âm, từ trường trái đất và sự kết hợp cảm biến có thể giúp người dùng tìm thấy vị trí của họ trong các tòa nhà.

Thực tế công nghệ định vị trong nhà không phải lúc nào cũng hoạt động bình thường. Trở ngại phổ biến nhất là cần phải cài đặt phần cứng đắt tiền để khiến nó hoạt động trơn tru. Đối với những người dùng cần một giải pháp rẻ hơn, một giải pháp thay thế cho định vị trong nhà là sử dụng mã QR. Các biển báo có mã QR có thể được triển khai trên các điểm tham chiếu và người dùng bản đồ có thể quét chúng khi cần thiết để cập nhật vị trí của họ trên bản đồ.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ định vị bên trong nhà

Công nghệ định vị trong nhà là một vấn đề rất phức tạp vì các công nghệ thông thường ngoài trời không hoạt động trong các tòa nhà. Do các bức tường và mái nhà, sóng GPS không thể đến máy thu một cách chính xác, dẫn đến việc mất độ chính xác quan trọng có thể lên tới hàng chục mét. Ngoài ra, GPS hoàn toàn không thể xác định được máy thu nằm ở tầng nào, nếu không đề cập đến việc không nhận được tín hiệu nào dưới lòng đất.

Do kích thước của đơn vị đo lường quán tính (IMU), tính toán cổ điển hầu như không thể sử dụng trong nhà. Có một mối liên hệ trực tiếp giữa kích thước của IMU và độ chính xác của nó: IMU càng nhỏ thì độ chính xác càng kém. Vì hầu hết các trường hợp sử dụng trong nhà đều liên quan đến những người sử dụng điện thoại thông minh, nên rất cần thiết phải thay thế các IMU cổ điển quá lớn để có thể nhúng vào điện thoại thông minh.

Công nghệ định vị trong nhà được chia thành bốn loại chính sau: Khoảng cách gần, đo lường ba bên, nhận dạng dấu vân tay và chuyển động. Một số kỹ thuật này có thể được sử dụng một mình, nhưng cũng có thể được kết hợp để cung cấp độ chính xác tốt hơn.

Công nghệ định vị vùng lân cận

Công nghệ định vị vùng lân cận dựa trên sự tiếp xúc trực tiếp hoặc khoảng cách giữa người nhận và thiết bị. Trong hầu hết các trường hợp, ngoài Wifi với tính năng phát hiện phía máy chủ, nó còn được sử dụng ở phía máy khách. Dưới đây là một số công nghệ khả thi:

• Mã QR / thẻ NFC: Có thể đọc được bằng máy ảnh trên điện thoại thông minh hoặc đầu đọc NFC. Sau đó liên kết mã QR / hình dán NFC với vị trí chính xác trong tòa nhà
• Thiết bị Bluetooth năng lượng thấp (BLE): Còn được gọi là báo hiệu. Khi điện thoại thông minh ở trong vùng truyền dẫn, đèn hiệu sẽ gửi một tín hiệu có thể đọc được. Càng triển khai nhiều đèn hiệu, vị trí càng chính xác. Sau đó, liên kết vị trí của người dùng với vị trí của thiết bị BLE có tín hiệu mạnh nhất
• Thiết bị Giao tiếp ánh sáng khả kiến ​​(VLC): Còn được gọi là Li-Fi. Đèn LED sẽ phát ra một tín hiệu vô hình, tín hiệu này có thể được đọc bởi camera của điện thoại thông minh hoặc thiết bị thu chuyên dụng. Vì mỗi đèn có một ID duy nhất, chỉ có thể đọc trực tiếp dưới đèn, nên dễ dàng cung cấp vị trí chính xác
• Thiết bị siêu âm thường được triển khai trên đầu các hệ thống âm thanh hiện có trong các cửa hàng hoặc trung tâm mua sắm. Tương tự, định vị vùng lân cận hoạt động giống như định vị vùng lân cận BLE và Wi-Fi.
• Điểm truy cập Wifi có thể được sử dụng để định vị điện thoại thông minh hoặc bất kỳ loại thiết bị nhận biết Wifi nào. Vị trí người dùng được xác định giống như cách đối với các thiết bị BLE
• Các thiết bị siêu âm thường được triển khai trên đầu các hệ thống âm thanh hiện có bên trong các cửa hàng hoặc trung tâm mua sắm. Một lần nữa, vị trí lân cận hoạt động giống như định vị vùng lân cận BLE và Wi-Fi.