UWBとBLE、屋内測位の方式はどう選ぶか

屋内測位の導入問い合わせで最初に出てくる質問は、たいてい同じです。UWBでなければだめですか、BLEでもいけますか。最初からUWBを指定して聞く現場もあれば、UWBを検討していてコストのせいでBLEに変えられるかを聞く現場もあります。逆にBLEから始めて、望む精度が出ないのではと心配しながら聞くケースもあります。

この問いに正解が一つに決まっているわけではありません。方式ごとに測っている値が違い、測る値が違うから得意な仕事も違います。車を選ぶときにセダンがいいかトラックがいいかを聞くのと似ています。何を積むのかを決めてから答えが出ます。

この記事は、三つの方式がそれぞれ何を測定しているのかから出発して、その違いが精度と機器台数とコストにどうつながるのかを整理します。最後に、現場の条件が選択をひっくり返すケースも扱います。

I. 三つの方式は違うものを測っている

UWBは時間を測る

UWBは信号が到達する時間の差で位置を求めます。タグが信号を一度発すると、近いアンカーには先に、遠いアンカーには後から届きます。この時間差に光の速さを掛ければ距離の差になり、複数のアンカーの距離差を重ねると一点が残ります。

光は1ナノ秒で約30センチメートル進みます。だからナノ秒単位で時間を測れれば、数十センチメートル単位で位置を測れます。UWBが精密だと言われる根拠はこの単純な物理にあります。その代わりに広い帯域を短く使う方式なので電力を余分に使い、アンカーも密に必要になります。

BLEは電波の強さを測る

BLEはタグの信号がどれだけ強く届いたかで距離を推定します。近ければ強く、遠ければ弱く届くという原理です。

問題は、電波の強さが距離以外のものにも反応することです。人が前を通ると弱まり、金属壁に反射すれば妙に強くなり、タグをポケットに入れればまた変わります。ですからBLEで得られる値は、精密な座標というよりおおよその距離に近いものです。その代わり電力をごくわずかにしか使わず、機器台数もはるかに少なく済みます。

BLE AoAは角度を測る

AoAは信号がどの方向から届いたかを測ります。アンカーの中にアンテナを複数並べておき、同じ信号が各アンテナに届くわずかな差から方向を計算します。

方向が分かればアンカー一台でも位置を絞り込めます。だからAoAは、機器数はUWBより少なく、精度はBLEより高いという中間帯を占めます。ただし角度の計算は反射に敏感なので、壁や構造物の多い空間では結果が揺らぐことがあります。

II. 何がどう変わるのか

項目	UWB	BLE	BLE AoA
測る値	信号の到達時間差	電波の強さ	信号の到来角度
一般的な精度	数十cm水準	数m水準	1m前後
アンカー密度の目安	測位区域あたり4台	20m × 20mあたり1台	エリアあたり1台
タグの消費電力	比較的大きい	非常に小さい	小さい
得意な仕事	精密な位置、安全連動	在室確認、区域判定	区域内でのおおよその位置

表で最も見ておくべきは精度ではなくアンカー密度です。UWBは一つの測位区域をつくるのにアンカー4台が囲む必要があり、アンカー間隔は最大20メートル以内が推奨です。BLEは20メートル×20メートルのエリアに1台で済みます。同じ面積を覆うのに必要な機器数が何倍も違うということで、見積書で一番大きく開く項目もここです。

精度の数値は参考線として読むのがよいです。どの方式でも仕様書の値は条件が良いときの値であり、実際の現場では構造物や反射、アンカー配置によって変わります。見積段階で数字をそのまま信じるより、その数字がどんな条件で出た値なのかを確認するほうが実用的です。

III. 精度が本当に必要な場面

基準は「より精密なもの」ではなく「この仕事にどれだけの精度が要るのか」です。実務でよく出てくる目的に並べてみると、線はかなりはっきり分かれます。

センチメートルが要る仕事。 フォークリフトと人の衝突を防ぐ警告、危険区域の半径接近検知、設備を自動で止めるインターロック、ロボットと人が入り交じる空間。ここでは1メートルの誤差が警告を遅らせるか、誤報をつくります。人の体一つが1メートルに満たないので、誤差が人の幅を超えると判定自体が成り立ちません。

メートル単位で十分な仕事。 どの区域に何人いるか、出入時刻と滖留時間はどれくらいか、どの動線で移動したか。区域単位で判定する仕事では、位置が区域の中にあることさえ確かであればよく、真ん中か隅かは結果を変えません。勤怠、在室確認、非常時の人員集計、来場者の動線分析がここに入ります。

その間。 資産を探す仕事が代表例です。倉庫で特定の機器を探すなら区域単位では足りず、センチメートルまでは要りません。この場合はAoAが候補になるか、区域ごとに方式を変える構成が答えになります。

IV. 現場の条件が選択をひっくり返すとき

目的で方式を決めても、現場の条件が決定を覚すことがあります。

金属の多い空間。 鉄製の壁体、大きな柱、積まれた金属資材は信号を遮り、反射させます。電波の強さで距離を測るBLEはこういう環境で値が大きく揺らぎます。反射した信号は遅く到達するのでUWBも影響を受けますが、複数アンカーの組み合わせを比べておかしな値を除く余地が残っています。

天井が高い、あるいは階が分かれている空間。 高さ方向の位置が必要かどうかが分かれ目です。ラックの何段目か、何階の床かを知る必要があるなら、アンカーを平面にだけ置いていては答えが出ません。高さを区別するにはアンカーの高さも変える必要があります。

アンカーを置きたい場所に置けない空間。 天井が高すぎるか配線ができずアンカー位置が制限されると、アンカーが片側に寄ってしまいます。この場合は同じ機器数でも精度が目に見えて落ちます。アンカーの台数と同じくらい、アンカーがタグをどの方向から見ているかが重要だからです。この原理は別の記事で詳しく説明しています。

屋外。 屋外の資産や車両が対象ならUWBもBLEもアンカーインフラを新しく敷く必要があるので、GPS基盤の方式が適する区間が生まれます。屋内と屋外を行き来する対象なら、二つの方式をつなぐ設計が必要です。

V. 一つだけ選ぶ必要はない

実際の構築では、一つの現場に一つの方式を使うより、混ぜて使うケースのほうが多いです。

生産ラインやフォークリフト通路のように事故リスクのある区域はUWBで密に覆い、事務所や倉庫通路のように在室が分かればよい区域はBLEで広く覆うやり方です。タグは対象に応じて使い分け、結果は同じ図面の同じ画面で見ます。

この構成が成り立つには、管制ソフトウェアが方式に関係なく座標を受け取って処理できなければなりません。ORBRO OSはUWBとBLE、AoAから上がってきた位置を同じ図面の上で扱うようにつくられているので、区域ごとに方式を変えても運用者が見る画面は一つのままです。予算が限られた現場では、危険なところに精度を寄せ、残りはコストを抑えるこのやり方がかなり現実的な答えになります。

もう一つ付け加えると、Bluetooth陣営でも距離測定の精度を上げる技術が実用化されつつあります。ただし業界で整理されつつある構図は代替ではなく階層の分離に近いものです。低コストでサブメートルを扱う層と、安全や衝突防止のように確実な精度が要る層が分かれて共存する形です。結局、この記事の結論と同じ場所に戻ってきます。何を測るのかが先です。

おわりに

UWBは時間を、BLEは電波の強さを、AoAは角度を測ります。測る値が違うから精度も機器数もコストも変わります。だから方式の選択は技術の優劣を争う問題ではなく、この現場で位置データを使って何をするのかを先に決める問題です。

衝突を防ぐのか、区域ごとの人員を数えるのか、資産を探すのか。それが決まれば方式はおのずと決まってきます。ORBROはUWBとBLE、AoAの機器をいずれもつくっているので、特定の方式を押す理由がありません。現場の条件と目的をお知らせいただければ、どの区域にどの方式が合うか、混ぜて使う構成が有利かを一緒に検討いたします。