Definition Was ist ein RTLS (Real-Time Locating System)?

Ein Real-Time Locating System kann Personen oder Gegenstände innerhalb oder außerhalb von Gebäuden in Echtzeit orten und nachverfolgen (tracken). Für die Realisierung eines RTLS können verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Funktionen, Eigenschaften, Reichweiten und Genauigkeiten zum Einsatz kommen. Häufig basieren die Systeme auf drahtlosen Technologien wie WLAN, Bluetooth Low Energy (BLE), RFID oder Ultra-Wideband (UWB).

RTLS ist das Akronym für Real-Time Locating System. Der deutsche Begriff lautet Echtzeitlokalisierungssystem. Es handelt sich um eine technische Lösung, die in der Lage ist, Personen oder Gegenstände innerhalb und außerhalb von Gebäuden automatisch und in Echtzeit zu orten und nachzuverfolgen. Grundsätzlich können auch globale Navigationssatellitensysteme (Global Navigation Satellite Systems; GNSS) wie das GPS (Global Positioning System) Objekte lokalisieren und tracken, dennoch werden diese Systeme üblicherweise nicht zu den Real-Time Locating Systemen gezählt.

Ein RTLS arbeitet innerhalb und außerhalb von Gebäuden, ein GNSS funktioniert hingegen nur Outdoor, denn es benötigt einen ungestörten Empfang der Satellitensignale. Nach ISO/IEC-Normierung ist die Kombination GPS mit GSM formal kein RTLS-Verfahren. Der Begriff RTLS ist prinzipiell technologieoffen. Es können je nach Anwendungsbereich und Anforderungen verschiedene Technologien wie WLAN, Bluetooth Low Energy (BLE), RFID oder Ultra-Wideband (UWB) zum Einsatz kommen. Sie besitzen hinsichtlich Funktionalität, Reichweite und Genauigkeit unterschiedliche Eigenschaften.

Funktionsprinzip der Positionsbestimmung per RTLS und benötigte Komponenten

Das Funktionsprinzip und die notwendigen Funktionskomponenten eines RTLS sind abhängig von der jeweils eingesetzten Technologie, grundsätzlich aber ähnlich. Die zu lokalisierenden oder nachzuverfolgenden Objekte werden mit aktiven oder passiven drahtlosen Sendern bestückt, die auch als Transponder, Beacons, Tags oder Asset Tags bezeichnet werden.

Der Raum oder der Außenbereich, in dem das Orten oder Tracken stattfinden soll, ist mit Sensoren ausgestattet, die die Funksignale der Tags oder Transponder empfangen beziehungsweise Funksignale an Tags oder Transponder übermitteln und von diesen mit eindeutigen IDs versehene Signale zurückgesendet bekommen.

Über die Auswertung von Signallaufzeiten und/oder Signalstärken der von mehreren Receivern empfangenen Signale lässt sich mithilfe von Software und Rechenleistung die Position eines Tags oder Transponders im Raum bestimmen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt von der verwendeten Technologie sowie von der Anzahl und der Engmaschigkeit der Receiver ab. Die Positionsbestimmung kann abhängig vom System entweder serverseitig, auf den Receivern oder auf einem bewegten Gerät selbst erfolgen.

Für RTLS verwendete Technologien

Im Folgenden ein kurzer Überblick über die am häufigsten für Real-Time Locating Systeme verwendeten Technologien. Die Satellitenortung ist nicht mit aufgeführt, da in dieser Definition nur Real-Time Locating Systeme betrachtet werden, die auch Indoor funktionieren:

- WLAN
Bei der Positionsbestimmung per WLAN sendet das zu lokalisierende Objekt speziell kodierte WLAN-Datenpakete aus, die von mehreren installierten WLAN-Accesspoints empfangen werden. Die Accesspoints leiten die Datenpakete, versehen mit weiteren Daten, an ein Lokalisierungssystem weiter. Die Position eines Objekts mit WLAN-Sender lässt sich unter anderem über die Triangulation der Empfangssignalstärken von mindestens drei Accesspoints bestimmen. Grundsätzlich funktioniert ein WLAN-RTLS mit standardkonformen WLAN-Komponenten und -Signalen.

- Bluetooth Low Energy (BLE)
RTLS mit Bluetooth Low Energy arbeitet mit so genannten BLE-Beacons. Je nach System können die technischen Lösungen unterschiedlich aussehen. Einige Systeme statten die Räume an definierten Stellen mit Beacons aus. Sie strahlen kontinuierlich ein Bluetooth-Signal ab, das von beliebigen Geräten mit Bluetooth-Unterstützung oder speziellen BLE-Tags empfangen werden kann. Es können aber auch beliebige Objekte mit sendenden BLE-Beacons ausgestattet werden, deren Signale von stationären BLE-Receivern empfangen werden. Über die Auswertung der Signalstärken der empfangenen Bluetooth-Signale lässt sich die Position berechnen.

- Ultra-Wideband (UWB)
Auch ein UWB-RTLS kann auf verschiedene Arten realisiert sein. Es besteht in der Regel aus UWB-Tags und UWB-Anchors (UWB-Anker). Ultra-Wideband (UWB) unterscheidet sich von Technologien wie WLAN oder Bluetooth dadurch, dass es hier keine modulierte Trägerfrequenz gibt. Es werden Einzelpulse erzeugt und die Sendeleistung über einen großen Frequenzbereich verteilt. Schmalbandige Übertragungsverfahren werden dadurch nicht gestört. Anker senden UWB-Pulse aus, die von den Tags zurückgegeben werden. Über die Messung der Ankunftszeiten der Pulse an verschiedenen Orten kann die Position ermittelt werden. Andere UWB Real-Time Locating Systeme arbeiten mit Pulsen, die von den Tags selbst abgegeben und von mehreren Ankern empfangen werden. Auch hier lässt sich über die Empfangszeitpunkte der Pulse der Standort berechnen.

- RFID
Bei der Positionsbestimmung per RFID ist eine grundsätzliche Unterscheidung zwischen passivem und aktivem RFID möglich. Die zu ortenden Gegenstände oder Personen sind mit passiven oder aktiven RFID-Tags ausgestattet. Passive RFID-Tags benötigen keine Stromversorgung und erhalten ihre Energie durch ein empfangenes RFID-Signal eines Readers. Sie übermitteln ihre eindeutige ID und weitere Daten durch Beeinflussung des elektromagnetischen Sendefelds des Readers. Ihre Reichweite ist im Vergleich zu aktiven RFID-Tags, die selbst Signale aussenden, begrenzt. Die Positionsbestimmung erfolgt immer dann, wenn ein RFID-Tag in unmittelbarer Nähe eines oder mehrerer RFID-Lesegeräte gelangt. Die Genauigkeit des Systems hängt stark von der Zahl der in einem definierten Bereich installierten RFID-Lesegeräte und -Antennen sowie der Art der verwendeten RFID-Tags ab.

Neben diesen vier beschriebenen Technologien für Real-Time Locating Systeme gibt es weitere Technologien, die beispielsweise Ultraschall- oder Infrarotsignale zur Positionsbestimmung nutzen oder Objekte über Kameras tracken. Einige Lösungen verwenden Kombinationen aus mehreren Technologien für das Orten und Tracken der Objekte.

Einsatzmöglichkeiten für Real-Time Locating Systeme

Real-Time Locating Systeme kommen in verschiedenen Anwendungen und Branchen wie in der Industrie, im Gesundheitswesen, im Handel oder in der Logistik zum Einsatz. Beispiele für typische Einsatzmöglichkeiten sind:

• automatisierte Prozesse der Industrie 4.0 und der Smart Factory

• Besuchertracking

• Indoor-Navigation

• Lagerverwaltung

• Überwachung von Materialflüssen

• Alarmsysteme

• Geofencing

• Echtzeit-Tracking von medizinischen Geräten, Krankenhausinventar oder Patienten

• autonome Fahrzeuge

• mobile Robotik

• Tracking von Mitarbeitern in Gefährdungszonen zum Arbeitsschutz

• Ortung von Gegenständen oder Maschinen als Diebstahlschutz

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