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リアルタイム位置情報システム（RTLS ）は、リアルタイム追跡システムとも呼ばれ、通常は建物内やその他の囲まれたエリア内で、物体や人の位置をリアルタイムで自動的に識別および追跡するために使用されます。ワイヤレスRTLSタグは物体に取り付けられたり、人が着用したりし、ほとんどのRTLSでは、固定された基準点がタグからのワイヤレス信号を受信してその位置を特定します。[ 1 ]リアルタイム位置情報システムの例としては、車両追跡システムを使用して組立ラインで自動車を追跡すること、倉庫で商品のパレットを見つけること、病院で医療機器を見つけることなどがあります。
RTLS技術の物理層は、多くの場合、無線周波数（RF）通信です。一部のシステムでは、RF RTLSタグと併用、またはRFの代わりに、光（通常は赤外線）または音響（通常は超音波）技術を使用しています。また、固定基準点は送信機、受信機、またはその両方である可能性があり、その結果、さまざまな技術の組み合わせが可能になります。
RTLSはローカル測位システムの一種であり、通常はGPSや携帯電話の追跡とは異なります。位置情報には通常、速度、方向、空間的な向きは含まれません。
RTLSという用語は、1998年頃にID EXPO展示会で、ティム・ハリントン（WhereNet）、ジェイ・ワーブ（PinPoint）、バート・ムーア（Automatic Identification Manufacturers, Inc.、AIM）によって作られました。これは、アクティブRFIDタグの自動識別機能を提供するだけでなく、コンピュータ画面上で位置情報を表示する機能も追加した、新興技術を説明し、区別するために作られました。この展示会で、PinPointとWhereNetが、商用無線ベースのRTLSシステムの最初の例を展示しました。この機能は以前から軍事機関や政府機関で利用されていましたが、商用利用には高価すぎました。1990年代初頭、米国にある3つの医療施設に最初の商用RTLSが設置され、アクティブ送信タグからの赤外線信号の送受信に基づいていました。それ以来、パッシブタグにもRTLSを適用できる新しい技術が登場しています。
RTLSは一般的に、建物などの屋内や限られた空間で使用され、GPSのように広範囲をカバーするものではありません。RTLSタグは、追跡または管理対象となる機器や人員などの移動体に取り付けられます。RTLSの基準点（送信機または受信機）は、建物（または同様の対象エリア）全体に分散配置され、タグのカバー範囲を確保します。ほとんどの場合、設置するRTLS基準点の数が多いほど位置精度は向上しますが、技術的な限界に達すると精度は低下します。
様々な異なるシステム設計が、すべて「リアルタイム位置特定システム」と呼ばれている。システム設計における主要な要素は、ボトルネック地点の位置特定と相対座標での位置特定である。
最も単純なチョークポイント位置特定方法は、移動するタグからの短距離ID信号をセンサーネットワーク内の単一の固定リーダーが受信し、リーダーとタグの位置が一致することを示すものです。あるいは、チョークポイント識別子を移動するタグが受信し、通常は2番目の無線チャネルを介して位置プロセッサに中継することもできます。精度は通常、チョークポイント送信機または受信機の到達範囲によって定義される球体によって決まります。指向性アンテナの使用、または部屋の仕切りによって遮られる赤外線や超音波などの技術は、さまざまな形状のチョークポイントをサポートできます。[ 2 ]
タグからのID信号は、センサネットワーク内の複数のリーダーによって受信され、三辺測量、多辺測量、三角測量などの1つ以上の測位アルゴリズムを使用して位置が推定されます。同様に、複数のRTLS参照点からのID信号がタグによって受信され、位置プロセッサに中継されます。複数の参照点を用いた位置特定では、タグの位置を正確に特定するために、センサネットワーク内の参照点間の距離を知る必要があり、この距離の決定は測距と呼ばれます。
相対位置を計算するもう一つの方法は、モバイルタグ同士が通信することです。タグはその後、この情報を位置情報処理装置に伝達します。
RF三辺測量は、複数の受信機からの推定距離を使用してタグの位置を推定します。RF三角測量では、RF信号が複数の受信機に到達する角度を使用してタグの位置を推定します。壁や家具などの多くの障害物は、推定距離と角度の読み取り値を歪ませ、位置推定の精度にばらつきを生じさせる可能性があります。推定に基づく位置特定は、多くの場合、特定の距離における精度で測定され、例えば10メートル範囲で90%の精度などとされます。
赤外線や超音波など、壁を透過できない位置特定技術を使用するシステムもあります。これらのシステムは、正常に通信するために見通し線（またはほぼ見通し線）が必要です。そのため、屋内環境ではより高い精度を発揮する傾向があります。
RTLSは、以下のような多くの物流分野や運用分野で使用できます。
RTLSは、人の位置を特定するために使用される場合、プライバシーの侵害とみなされる可能性があります。新たに宣言された情報自己決定権という人権は、個人の身元や個人データが他者に開示されることを防ぐ権利を保障しており、位置情報の開示も対象としていますが、これは一般的に職場には適用されません。
複数の著名な労働組合が、労働者を追跡するためのRTLSシステムの使用に反対の声を上げており、それを「ビッグブラザーの始まり」「プライバシーの侵害」と呼んでいる。[ 7 ]
現在の位置情報追跡技術は、いくつかの方法でモバイルデバイスのユーザーを特定するために使用できます。まず、サービスプロバイダは、緊急時に電話の位置を特定できるネットワークベースおよびハンドセットベースの技術を利用できます。次に、過去の位置情報は、サービスプロバイダの記録から頻繁に特定できます。3番目に、Wi-FiホットスポットやIMSIキャッチャーなどの他のデバイスを使用して、近くのモバイルデバイスをリアルタイムで追跡できます。最後に、ハイブリッド測位システムは、各方法の欠点を克服するために、さまざまな方法を組み合わせています。[ 8 ]
リアルタイム位置情報を提供するシステムコンセプトと設計には、さまざまな種類がある。[ 9 ]
位置特定問題に対する最適なソリューションを選択するための一般的なモデルが、ナイメーヘンのラドバウド大学で構築されました。[ 21 ]これらの参照の多くは、ISO/IEC 19762-5 [ 22 ]および ISO/IEC 24730-1 [ 23 ] で示されている国際標準化の定義に準拠していません。しかし、リアルタイムパフォーマンスのいくつかの側面は満たされ、位置特定の側面は絶対座標のコンテキストで扱われます。
使用される物理技術に応じて、位置を特定するために、少なくとも1つ、多くの場合、測距および/または角度測定方法の組み合わせが使用されます。
リアルタイム測位は、さまざまな誤差の影響を受ける。主な原因の多くは測位システムの物理的特性に関係しており、技術機器の改良によって軽減できるとは限らない。
多くのRTLSシステムでは、直接かつ明確な視線が確保されている必要があります。モバイルタグから固定ノードへの視界が確保されていないシステムでは、位置情報エンジンから結果が得られないか、無効な結果が得られます。これは、衛星測位だけでなく、到来角や到着時間などの他のRTLSシステムにも当てはまります。フィンガープリンティングは、この視界の問題を克服する方法です。追跡エリア内の各場所に固有の測定フィンガープリントが存在する場合、必ずしも視線は必要ありません。たとえば、各場所に送信機からの信号強度測定値の固有の組み合わせが存在する場合、位置情報システムは適切に機能します。これは、たとえば一部のWi-FiベースのRTLSソリューションで当てはまります。ただし、各場所に固有の信号強度フィンガープリントが存在するには、通常、かなり高い送信機密度が必要です。
測定された位置情報は、完全に誤っているように見える場合があります。これは一般的に、複数の誤差要因を補正するための単純な運用モデルに起因するものです。誤差を無視すると、正確な位置情報を提供することは不可能になります。
リアルタイムは登録商標ではなく、固有の品質を示すものでもありません。この用語の下では様々なサービスが提供されています。動きによって位置が変化するため、必然的に新しい位置を計算するのにかかる遅延時間が動きに関して支配的になる可能性があります。新しい結果を待つ必要があるRTLSシステムは費用対効果に見合わないか、あるいはより高速な位置情報更新を求める運用コンセプトが選択したシステムのアプローチに適合しないかのどちらかです。
位置情報を正確に報告することは決してできません。なぜなら、リアルタイムと精度という概念は測定理論の面で直接的に矛盾し、精度とコストという概念は経済的な面で矛盾するからです。これは精度を排除するものではなく、高速化に伴う限界は避けられないということです。
報告された位置情報が実際の存在と乖離して認識される場合、一般的に、常駐アンカーから移動トランスポンダまでの少なくとも1つのリンクにおいて、過剰決定が不十分であり、可視性が欠如しているという問題が示唆されます。このような影響は、キャリブレーションの必要性を補償するための概念が不十分であることにも起因します。
様々な発生源からのノイズは、結果の安定性に不規則な影響を与える。安定した表示を実現しようとすると、リアルタイム要件に反してレイテンシが増加する。
質量を持つ物体はジャンプする能力に制限があるため、このような効果はほとんどの場合、物理的な現実を超えています。物体自体では確認できない位置へのジャンプは、一般的に位置エンジンのモデリングが不適切であることを示しています。このような効果は、さまざまな二次応答の優位性の変化によって引き起こされます。
測定結果が、時間の経過とともに重みが増す二次経路反射によって偏りを受けると、物体の位置が移動していると報告される。このような現象は単純な平均化によって引き起こされ、最初の反射波の識別が不十分であることを示している。
RTLSの基本的な事項は、国際標準化機構（ ISO）と国際電気標準会議（IEC）によってISO/IEC 24730シリーズとして標準化されています。この規格シリーズにおいて、基本規格であるISO/IEC 24730-1は、複数のベンダーが使用するRTLSの形態を説明する用語を規定していますが、RTLS技術の全範囲を網羅しているわけではありません。
現在、いくつかの規格が公開されています。
これらの規格は、位置の計算方法や測定方法について特別な規定を設けていません。位置の計算方法については、三辺測量、三角測量、または地上の平面モデルや球面モデルにおける三角法計算のハイブリッド手法など、仕様書で定義することができます。
医療業界におけるRTLSアプリケーションでは、現在採用されているRTLSの限界について議論するさまざまな研究が発表されています。現在使用されている技術であるRFID、Wi-Fi、UWBはすべてRFIDベースであり、高感度機器への干渉という点で危険です。アムステルダム大学学術医療センターのエリック・ヤン・ファン・リーシャウト博士がJAMA（米国医療機器ジャーナル）[ 26 ]に発表した研究では、「RFIDとUWBは患者が頼りにしている機器を停止させる可能性がある」と主張し、「彼らが実施した123のテストのうち34でRFIDが干渉を引き起こした」と述べています。医療業界初のBluetooth RTLSプロバイダーは、自社の記事でこれを支持しており、「RFIDが高感度機器の近くで使用できないという事実自体が、医療業界にとって危険信号となるはずだ」と述べています。 RFID Journal はこの研究を否定するのではなく、実際のケースでの解決策を説明する形で反応しました。「パデュー大学の研究では、超高周波 (UHF) システムを医療機器から適切な距離に保った場合、影響がないことが示されました。したがって、資産を追跡するために、ユーティリティ ルーム、エレベーターの近く、病院の棟や部門間のドアの上にリーダーを配置することは問題ありません。」[ 27 ]しかし、「適切な距離を保つ」というケースは、医療施設の RTLS テクノロジーの採用者や提供者にとって、まだ未解決の問題かもしれません。
多くのアプリケーションでは、RTLS に含まれるさまざまな通信技術 (RFID、WiFi など) の中から適切なものを選択することが非常に困難であると同時に重要です。初期段階で誤った設計決定を行うと、システムに壊滅的な結果をもたらし、修正や再設計に多額の費用がかかる可能性があります。この問題を解決するために、RTLS 設計空間探索のための特別な方法論が開発されました。これは、モデリング、要件仕様、検証などのステップを単一の効率的なプロセスに統合したものです。[ 28 ]