I sistemi di localizzazione indoor, ovvero i sistemi di localizzazione interna, rappresentano una tecnologia rivoluzionaria che consente all’utente una moltitudine di nuove esperienze, elevando ulteriormente la qualità della vita di coloro che beneficiano di questo strumento.
Il modo più immediato per descrivere i sistemi di localizzazione interna (Indoor Positioning Systems, da qui in avanti verrà utilizzato anche l’acronimo IPS), dal punto di vista generale, è definirli come un GPS valido per ambienti interni, che stanno man mano prendendo sempre di più piede per le più svariate applicazioni.
L’IPS può essere utilizzato per localizzare individui e oggetti all’interno degli edifici, solitamente tramite un dispositivo mobile come uno smartphone o un tablet.
Anche se questo tipo di tecnologi è più recente del GPS, i servizi che sfruttano IPS stanno rapidamente guadagnando terreno in luoghi come centri commerciali, ospedali, aeroporti e altri luoghi al coperto, dove la navigazione e altri servizi basati sulla posizione possono rivelarsi indispensabili.
Questa tecnologia basa il suo funzionamento sullo sfruttamento delle potenzialità di sensori interni presenti all’interno degli smartphone al fine di calcolare la posizione del dispositivo utilizzando complessi algoritmi matematici basati su concetti che, fino a poco tempo fa, difficilmente erano stati considerati tanto importanti nella programmazione di un software di questo genere.
Mettendo in relazione i dati in input trasmessi da questi sensori in modo intelligente con le planimetrie, o più in generale, le mappe dei luoghi considerati, è possibile calcolare una posizione molto precisa, con uno scarto decisamente piccolo e garantendo all’utente un’esperienza particolarmente fluida ed efficace.
Per ottenere un’esperienza tanto accurata quanto veloce e, di conseguenza, la migliore esperienza utente possibile, l’IPS si basa in genere su tre elementi distinti: la piattaforma del sistema di posizionamento dinamico sottostante, i beacon che trasmettono segnali rilevati dallo smartphone, e quindi inviati al sistema di posizionamento, e le app create per il sistema di posizionamento che aggiungono valore e rendono i sistemi indispensabili per gli utenti, in moltissime occasioni.
Il sistema interno di posizionamento agisce sovente come una sorta di geolocalizzatore, agendo in modo tale da localizzare con un elevato grado di precisione la collocazione spaziale tridimensionale di un dispositivo.
Il risultato che fornisce il sistema sono le coordinate nello spazio, ossia latitudine, longitudine e livello del piano del dispositivo stesso.
Attraverso l’output, è possibile creare un contesto in cui poter operare: per questo motivo, è fondamentale la realizzazione di una mappa, tramite il processo noto come di mappatura tridimensionale.
Le coordinate dell’IPS e dei dati ricavati delle mappe interne, immagazzinati come punti di interesse, vengono poi trasmesse all’applicazione, all’interno della quale sono presenti ulteriori funzionalità, volte a dar vita ad un’esperienza utente completa, sotto ogni punto di vista.
Gli esperti, nel corso degli ultimi anni, hanno concentrato i loro sforzi sul terzo livello, quello relativo ai layer, che offre sempre maggiori garanzie nell’ambito della realizzazione di una mappatura sempre più completa e dettagliata di uno specifico luogo.
La misura dei segnali di prossimità rappresenta le fondamenta dell’idea dei sistemi IPS: sfruttando i vari sensori presenti all’interno dei cellulari più moderni, grazie ai quali poter mappare gli ambienti interni.
I sistemi beacon di prossimità costituiscono il database che collega tutte le informazioni necessarie per poter eseguire una mappatura dell’ambiente circostante: il loro funzionamento implica la misurazione in base alla superficie o all’oggetto più vicino al momento in cui l’applicazione viene attivata.
Questa specifica tipologia di beacon utilizza il rilevamento quando uno smartphone è vicino a un sistema affine, e seguono precisi algoritmi che gli consentono di effettuare una serie di operazioni specifiche in base a tali informazioni, per inviare una notifica o, tramite differenti modalità, per consentire all’utente di interagire.
I sistemi di posizionamento al coperto, capaci di rilevare delle posizioni per l’intera area, si sono distinti particolarmente gli ultimi anni.
In questo caso, le aree non sono limitate a un beacon specifico, ma possono essere di una qualsiasi dimensione o entità: questo apre le porte ad una grande serie di innovazioni e potenzialità rispetto a questa tecnologia che, per quanto recente, sta dimostrando di poter essere affidabile anche su larga scala.
Strumentazioni di questo tipo, nel corso degli ultimi anni, si sono diffuse a macchia d’olio, in virtù dell’importanza dell’IoT e della possibilità di offrire una serie di opportunità su vasta scala a tutti coloro che intendono adoperare l’IPS sia nell’ambito lavorativo che nella vita privata.
Una volta che questa tecnologia è stata elaborata e, di conseguenza, immessa nel mercato, sono stati creati anche una serie di algoritmi, particolarmente complessi, quali l’algoritmo a due vie – per trovare la distanza tra il sistema di localizzazione ed il bersaglio – ed il metodo di differenza di orario di arrivo.
1. Metodo a due vie e messaggio di risultato inviato al bersaglio
Il “Two-Way-Ranging” è il primo algoritmo utilizzato a livello software ad essere stato implementato: l’algoritmo consente di calcolare la distanza tra un’ancora di posizione fissa e un bersaglio mobile.
Il suo funzionamento implica una fase di probing del canale dove il tag inizia la comunicazione effettuando un “sondaggio”, l’obiettivo risponderà con un messaggio di “risposta” ed infine il tag risponde con un messaggio che indica la fine della comunicazione, quindi, il sistema riporta il calcolo della distanza in all’interno di un messaggio.
Inaftti, quest’ultima fase del protocollo comunicativo prevede che il contenuto del messaggio venga inviato all’app presente nello smartphone tramite Bluetooth o Wi-Fi.
2. Differenza di orario di arrivo
Questa soluzione appariva particolarmente complessa da realizzare inizialmente ma nel corso del tempo si è riusciti a sfruttare questo algoritmo, la cui sigla è “TDoA”, e il cui fine è quello di calcolare la distanza fra un soggetto, sul quale è collocato un dispositivo wearable per la misura fra questi ed un altro oggetto, o struttura solida.
Questo particolare approccio è in qualche modo assimilabile al funzionamento del GPS esterno, tranne per il fatto che funziona quasi esattamente al contrario rispetto a quello classico.
3. Misurazione dell’angolo di ricezione
La soluzione che combina la tecnologia Bluetooth 4.0 con metodo di analisi del segnale basata sul calcolo dell’angolo di ricezione è una soluzione ancora più innovativa: in questo modo si ottiene un sistema di posizionamento molto più accurato e preciso.
Dal punto di vista in cui questa tecnologia risulta performante, ovvero i business cases, è possibile delineare due macrocategorie per quanto riguarda gli ambiti di applicazione dell’IPS:
1. Uffici intelligenti
Con l’avvento dello smart work, molte aziende innovative, come quelle di Milano, si stanno orientando verso la scelta di un ambiente di lavoro più agile, con politiche di seduta libere e lavoro basato sulle attività piuttosto che sulla presenza fisica del dipendente, il problema di trovare una postazione o un collega può rappresentare una notevole perdita di tempo.
Le soluzioni per smart offices, basate sul posizionamento interno, permettono ai dipendenti di interagire con l’ambiente lavorativo in modo agevole, ad esempio individuando le stanze disponibili nelle vicinanze o incontrandosi per collaborare con i colleghi.
In quest’ottica, è possibile individuare in modo quasi immediato le sale riunioni disponibili e ottimizzare ulteriormente i tempi della propria giornata e del proprio team.
2. Centri commerciali
I centro commerciale può offrire all’utente un’esperienza di svago e shopping unica e personalizzata perché grazie al posizionamento al coperto si rimuovono i limiti di precisione ed si incrementa il livello di personalizzazione su tutte le informazioni di interesse da parte dell’utente.
I sistemi di localizzazione interna permettono agli operatori ma anche ai gestori dei centri commerciali più all’avanguardia, come quelli di Milano, di collegare il mondo fisico a quello digitale, per gestire con ulteriore precisione e rapidità ogni istanza della propria attività legata a questo settore, offrendo un’esperienza personalizzata all’interno di un negozio, tramite un meccanismo di segnaposti interni, ideali anche per trovare la propria auto al parcheggio.
In quest’ottica, un dettaglio non meno importante è la possibilità di consultare costantemente statistiche dettagliate ed effettuare una modellazione dei dati in tempo reale.
3. Applicazioni per persone affette da disabilità
Sono molteplici i modi in cu i sistemi di posizionamento indoor possono influire sulla nostra vita di tutti i giorni, ma nel fare ciò, dobbiamo assicurarci che fornisca una soluzione a un problema, piuttosto che creare ulteriori problemi.
La ricerca sulla disabilità è un ambito di ricerca privilegiato per quanto concerne il campo del posizionamento indoor.
La guida per ipovedenti rappresenta un esempio pratico dell’utilizzo di questa tecnologia, che funziona grazie ai feedback a livello uditivo e sensoriale.
Molteplici ricerche universitarie si sono focalizzate su come gli ipovedenti possano usare l’IPS per ottenere un’indipendenza sempre maggiore ed una crescente sicurezza nell’esplorare edifici in cui non sono mai stati prima.
A seguito dell’elaborazione dei dati ricavati da queste ricerche e, di conseguenza, dalle sperimentazioni, si è giunti alla conclusione che questa tecnologia può davvero portare ad un miglioramento della qualità della vita di coloro che sono affetti da disabilità, motivo per cui le metodologie relative all’IPS devono essere ulteriormente sviluppate.
Il nome di Google spicca fra le numerosissime società che si sono interessate a questa ricerca, nell’ottica di portare un numero maggiore di soluzioni a tutti coloro che necessitano di questi servizi, oltre ad un netto miglioramento della qualità di base del servizio offerto.
4. Una panoramica generale sulle realtà in cui l’IPS fa la differenza
I sistemi di posizionamento si basano sui segnali provenienti dai beacon, come detto nel corso di questa guida, ma sono stati sviluppati anche IPS che prelevano le informazioni da segnali WiFi o acustici, da apparecchiature infrarossi o provenienti da una specifica banda di segnale, solitamente pari a 100 Mbit/s, e possono essere utilizzati per una varietà di applicazioni ulteriori a quelle descritte nel dettaglio poc’anzi.
In base ai requisiti di rilevamento della posizione e in base alla precisione di posizionamento vengono utilizzate diverse tecnologie.
I business case sono per la maggior parte focalizzati su aspetti specifici, quali ottimizzazione temporale, maggiore sorveglianza, automazione dei processi o miglioramento dell’esperienza e dell’interfaccia utente.
Gli ambiti nei quali viene utilizzata questa innovativa tecnologia sono, in linea di massima:
Le ricerche più recenti mostrano che, con il passare degli anni, vedremo sempre più sistemi ed applicazioni che sfruttano la tecnologia IPS, specialmente in funzione delle molteplici applicazioni che oggi possono sfruttare la banda larga.
A questo si aggiunge che il calo dei prezzi dei dispositivi più moderni e della componentistica che sfrutta questa tecnologia, ha portato ad un’ampia diffusione di soluzioni di indoor localization; se consideri aforma, la ragione per la loro estrema diffusione, in tutti i settori citati ed in altri ancora, è presto data.
Inoltre, le potenzialità degli IPS, possono essere sfruttate a pieno nell’ambito della realtà aumentata.
Ricevere informazioni precise e dettagliate sulla posizione e sulla direzione di un bersaglio, permette di rendere l’esperienza ancora più immersiva per l’utente.
Molteplici aziende che agiscono in questo settore sviluppano app dedicate alla navigazione degli ambienti interni e utilizzano dispositivi che sfruttano la tecnologia IPS molto piccoli come ad esempio router Wi-Fi e auricolari: decisamente più facili da interagire e particolarmente utili nella vita di tutti i giorni.
Il futuro non può quindi che riservare enormi sorprese per le applicazioni che sfruttano questa straordinaria tecnologia!