Yleisimpien IoT- paikannusteknologioiden hyödyntäminen teollisuusympäristöissä
Niemi, Jere (2026)
2026
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2026-06-11
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202606117257
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202606117257
Tiivistelmä
Sisäpaikannusteknologiat ovat nousseet keskeiseen asemaan teollisuuden digitalisaation myötä, sillä tarkka tieto tuotteiden, työkalujen ja työntekijöiden sijainnista mahdollistaa toiminnan tehostamisen, turvallisuuden parantamisen ja prosessien automatisoinnin. Teollisuusympäristöt asettavat kuitenkin paikannusjärjestelmille omat haasteensa, kuten metallirakenteet, monitie-eteneminen ja näköyhteyden estyminen, mikä vaikeuttaa teknologian valintaa.
Tämän työn tavoitteena on selvittää, millaisia paikannusteknologioita teollisissa sisäympäristöissä käytetään, millaisia tarkkuuksia niillä saavutetaan ja mitkä teknologiat soveltuvat näihin ympäristöihin parhaiten. Tarkasteltavaksi rajattiin neljä yleisesti käytettyä radiotaajuista teknologiaa: Bluetooth Low Energy (BLE), Ultra Wideband (UWB), Radio Frequency Identification (RFID) ja LoRa (Long Range).
Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa tehdään kirjallisuuskatsaus, jossa tarkastellaan edellä mainittujen teknologioiden toimintaperiaatteita, tyypillisiä tarkkuuksia ja teollisen sovellettavuuden vahvuuksia ja heikkouksia. Toisessa osassa toteutetaan UWB-pohjainen prototyyppi kolmesta DWM3001CDK-ankkurista ja iPhone 16 Pro Max -tunnisteesta, joka hyödyntää Apple Nearby Interaction -rajapintaa. Prototyypin paikannustarkkuutta arvioidaan staattisilla mittauksilla neljässä konfiguraatiossa, jossa näköyhteyttä ja trilateraatiomenetelmää vaihdellaan.
Kirjallisuuskatsauksen perusteella UWB tarjoaa parhaan tarkkuuden (tyypillisesti 10-30 cm), BLE saavuttaa Angle of Arrival (AoA) -menetelmillä alle metrin, RFID soveltuu vyöhykepaikannukseen ja LoRa lähinnä laajojen alueiden kattamiseen. Toteutettu UWB-prototyyppi saavutti suotuisassa geometriassa 7-10 cm:n RMS-tarkkuuden, mikä vastaa kirjallisuudessa raportoitua älypuhelinpohjaisen UWB-paikannuksen tasoa. Painotetun ja painottamattoman pienimmän neliösumman ratkaisun ero jäi tasapainoisessa geometriassa mittauskohinasta erottumattomaksi, ja näköyhteyden estyminen näkyi selvänä, ankkurikohtaisesti paikannettavana virheenä. Mittausten suurimmaksi yksittäiseksi virhelähteeksi osoittautui iPhonen UWB-antennin suuntariippuvuus.
Tulokset tukevat näkemystä, jonka mukaan UWB on tarkkuutta vaativiin teollisuussovelluksiin tarkasteltujen teknologioiden joukosta soveltuvin, kun taas muut teknologiat sopivat eri tarkkuus- ja kustannusvaatimusten sovelluksiin. Älypuhelinta tunnisteena käyttäessä laitteen orientaation ja antennikalibroinnin merkitys on käytännön suunnittelussa olennainen.
Tämän työn tavoitteena on selvittää, millaisia paikannusteknologioita teollisissa sisäympäristöissä käytetään, millaisia tarkkuuksia niillä saavutetaan ja mitkä teknologiat soveltuvat näihin ympäristöihin parhaiten. Tarkasteltavaksi rajattiin neljä yleisesti käytettyä radiotaajuista teknologiaa: Bluetooth Low Energy (BLE), Ultra Wideband (UWB), Radio Frequency Identification (RFID) ja LoRa (Long Range).
Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa tehdään kirjallisuuskatsaus, jossa tarkastellaan edellä mainittujen teknologioiden toimintaperiaatteita, tyypillisiä tarkkuuksia ja teollisen sovellettavuuden vahvuuksia ja heikkouksia. Toisessa osassa toteutetaan UWB-pohjainen prototyyppi kolmesta DWM3001CDK-ankkurista ja iPhone 16 Pro Max -tunnisteesta, joka hyödyntää Apple Nearby Interaction -rajapintaa. Prototyypin paikannustarkkuutta arvioidaan staattisilla mittauksilla neljässä konfiguraatiossa, jossa näköyhteyttä ja trilateraatiomenetelmää vaihdellaan.
Kirjallisuuskatsauksen perusteella UWB tarjoaa parhaan tarkkuuden (tyypillisesti 10-30 cm), BLE saavuttaa Angle of Arrival (AoA) -menetelmillä alle metrin, RFID soveltuu vyöhykepaikannukseen ja LoRa lähinnä laajojen alueiden kattamiseen. Toteutettu UWB-prototyyppi saavutti suotuisassa geometriassa 7-10 cm:n RMS-tarkkuuden, mikä vastaa kirjallisuudessa raportoitua älypuhelinpohjaisen UWB-paikannuksen tasoa. Painotetun ja painottamattoman pienimmän neliösumman ratkaisun ero jäi tasapainoisessa geometriassa mittauskohinasta erottumattomaksi, ja näköyhteyden estyminen näkyi selvänä, ankkurikohtaisesti paikannettavana virheenä. Mittausten suurimmaksi yksittäiseksi virhelähteeksi osoittautui iPhonen UWB-antennin suuntariippuvuus.
Tulokset tukevat näkemystä, jonka mukaan UWB on tarkkuutta vaativiin teollisuussovelluksiin tarkasteltujen teknologioiden joukosta soveltuvin, kun taas muut teknologiat sopivat eri tarkkuus- ja kustannusvaatimusten sovelluksiin. Älypuhelinta tunnisteena käyttäessä laitteen orientaation ja antennikalibroinnin merkitys on käytännön suunnittelussa olennainen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [11807]