2024安全作业人员管控UWB人员定位系统技术方案.docx

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1、安全作业人员管控UWB人员定位系统技术方案2024目录人员定位系统31 .概述32 .定位技术比较52.1. 室外定位52.2. 室内定位62.3. 电站定位解决方案73 .系统组成83.1. UWB人员无线定位原理83.2. UWB定位方案103.3. UWB定位系统性能114 .定位软件及功能124.1. 实时位置定位124.2. 电子点名154.3. 标签管理184.4. 历史轨迹234.5. 电子围栏功能244.6. 系统维护功能274.7. 考勤功能295 .主要设备技术参数305.1. 定位系统服务器305.2. 定位基站305.3. 定位标签33UWB人员定位系统系统针对作业区域

2、人员生产安全，防止人员不在工作区域工作或误入禁区等行为，从而产生人身伤害、触电等危险，可以通过人员定位系统进行智能化人员生产安全管理。对于位于生产区域的人员，进行实时人员定位，并在电子地图中时行显示，并同时统计各个作业区域的人员，可以显示所有人员的信息，并可以通过对人员进行编组，指定其工作组及工作区域，对不在工作区域的人员进行报警，系统可以跟踪指定人员，并自动切换人员场景、转换摄像机视频，确保重点关注人员处于热点状态。方便生产安全监视和远程应急指挥。检修工作当进行检修工作时，先对工作班组进行人员分组，然后指定其工作区域，并对临边工作和带电设备进行禁区设定。通过人员定位系统可以对工作人同进行鉴权

3、，无权进入人员进入会告警，人员进入禁区会告警，通过人员定位标签发出报警声音和振动，提醒工作人员注意安全，同时可以联动视频监控系统、应急广播系统、对讲系统等进行远程指挥。巡检工作进行巡检工作时，指定巡检人员，设定巡检路线和时间段，人员定位系统可以对指定人员进行跟踪关注，自动切换地图场景、自动切换人员最近位置摄像机视频，对于人员身份不符、巡视路线不符、巡视时间段不符等情况进行告警，并通过定位标签的警告声音或振动提示巡检人员注意，同时可以联动视频监控系统、应急广播系统、对讲系统等进行远程指挥。活动轨迹人员定位系统可以实时或回放指定人员或指定地点的人员活动轨迹，为应急指挥和事后分析提供依据。1.概述电

4、站系统网络架构如下图所示:接口的方式。 系统整体部署在电厂安全In区，包含两个机柜，1台服务器机柜、1台网络机柜。 作业区域部署基站、AP、汇聚交换机、POE接入交换机等终端设备，用以实现现场工作数据的采集和传输。 公网应用服务器部署于公网侧，负责接入外网的移动终端、移动摄像头等信息，并通过防火墙、双向隔离装置接入内网，实现内外网的数据交互。 有线网络链路部分由超五类产品、室内多模光缆（楼内部分）、室外单模光缆（楼群之间部分）组成总体。采用核心-汇聚-接入或核心-接入的星型拓扑结构组网。 无线将通过4G网络+wifi等方案的组合，实现全厂网络覆。无线核心网采用无线控制器，实现无线AP的集中可靠

5、性管理控制、统一策略管理；汇聚层采用POE接入交换机，为无线AP节点的接入和供电；接入层采用高性能双频AP、双频AP、小型AP或本体AP,实现不同环境的无线网络覆盖。外网的移动终端、移动摄像头等信息,通过防火墙、双向隔离装置接入内网，实现内外网的数据交互。2.定位技术比较早在15世纪，当人类开始探索海洋的时候，定位技术也随之催生。当时的定位方法十分粗糙，就是运用航海图和星象图以确定自己的位置。随着社会的进步和科技的发展，定位技术在技术手段、定位精度、可用性等方面均取得质的飞越，并且逐步从航海、航天、航空、测绘、军事、自然灾害预防等“高大上”的领域逐步渗透社会生活的方方面面，成为人们日常中不可或

6、缺的重要应用一一比如人员搜寻、位置查找、交通管理、车辆导航与路线规划等等。总体来说，定位可以按照使用场景的不同划分为室内定位和室外定位两大类。2.1 ,室外定位目前应用于室外定位的主流技术主要有卫星定位和基站定位两种。卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(G1.ONASS)、欧洲伽利略(GA1.l1.EO)系统、中国北斗卫星导航系统。GPS的定位原理简单来说就是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。卫星定位只能用在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用。基站定位一般应用于手机用户，它

7、是通过电信移动运营商的网络(如GSM网)获取移动终端用户的位置信息。由于基站定位时，信号很容易受到干扰，所以先天就决定了它定位的不准确性,精度大约在150米左右,基本无法开车导航。定位条件是必须在有基站信号的位置，手机处于Sim卡注册状态(飞行模式下开Wifi和拔出Sim卡都不行)，而且必须收到3个基站的信号，无论是否在室内。但是，定位速度超快，一旦有信号就可以定位，目前主要用途是没有GPS且没有wifi的情况下快速大体了解下你的位置。22室内定位室内定位技术发展有两个方向：广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术的代表是北邮的TC-OFDM澳大利亚的1.ocata和美国高通公司的

8、方案，这些都是承载到广域网上实现广域覆盖的；局域室内定位技术的代表是Wi-Fi蓝牙、ZIGBEE、RFlD等定位方案，这些都是承载到局域网中实现局部区域的覆盖。广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块，成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短，是目前商业化推广运作较好的选择方案。根据不同的定位原理和观测量,衍生出了多种室内定位技术,根据定位需求的不同，即：精准室内定位，也即精度在亚米级，像UWB,精度在1050cm;二是米级定位，如蓝牙iBeacon定位，约13米的定位精度；三是区域级定位,即房间级的定位，如RFID,WIFKWiFi的精度约为310米）,ZigBe

9、e（精度在35米）左右，下面将对各级别主流的室内定位技术进行简要介绍。（1） Wifi定位目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术，WiFi室内定位技术主要有两种：一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置（“指纹”定位）。WiFi定位可以实现复杂的大范围定位，但精度只能达到3米左右，无法做到精准定位。另外，由于其信号容易受干扰，需要定期更新“指纹库”，带来繁重的工作负担。（1）蓝牙定位类似室外GPS卫星定位，卫星定位一般最少

10、要3颗星才能实现定位，蓝牙也是这个道理，只是这时的“卫星”换成了蓝牙信标（基站）。蓝牙信标技术目前部署的也比较多，也是相对比较成熟的技术。蓝牙跟WiFi的区别不是太大，精度会比WiFi稍微高。蓝牙室内定位技术比较有名的是苹果推出的iBeacon,在iBeacon基站的帮助下，实现定位标签的定位，最高可以达到2到3米的定位精度。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗。（2） UWB定位UWB：超宽带室内定位技术，采用UWB（超宽带）脉冲信号，由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析，多径分辨能力强、精度高，定位精度可达亚米级。超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效

11、果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。之前的技术研究中，由于新加入的盲节点也需要主动通信使得功耗较高,而且事先也需要布局，使得成本还无法降低。且基站通过无线与通信基站传输数据，不需要铺设线缆，既节省了安装的硬件成本，又节省安装的时间成本。从技术上看，无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析，UWB无疑是最理想的工业定位技术之一。（4）定位技术对比图定位技术定位精度覆盖范围信标（芯片）基站优点不足北斗定位I-IOm/400-600元/实施成本低，实施容易，管控效果好定位精度不如UWB；需要按年按标签付费，米级别精度1000元左右每个每年，亚米级5000元左右每个每年W

12、ifi定位约3m150m100-200元无线AP成本低，实时简单，维护方便易受干扰，稳定性较差，精度低蓝牙定位l3m150m100-200元3000元精度超高，功耗低成本较高，部署复杂2.3,电站定位解决方案根据客户的不同需求，希望系统应该是价格实惠，适合推广，控制成本做到实用。那么总体的思路是分区域管控，不同需求的区域应用不同的技术，这样才能做到高效、实用而节约资源。激光边界技术中，具有人员闯入报警、进入人数统计等功能，其数据可以通过蓝牙定位传输。现对电站人员定位有如下三种方案及对比:方案优点缺点方案一UWB+蓝牙混合定位管控精度较高，功耗低，分区域管控有利于降低成本成本依然较高，部署复杂方

13、案二激光边界+蓝牙+北斗混合定位管成本较低，实施容易，管控效果好定位精度不如UWB控方案三激光边界+蓝牙成本最低，简单易实时定位精度低推荐方案：全厂采用蓝牙定位，对于需要管控的重点区域、高危区域、封闭空间等，采用激光对射装置设置电子边界。3.系统组成采用人员定位基站、门禁系统、紧急求救信号系统相结合的方式，实现人员定位、安全管理和紧急求救的功能。人员定位系统由定位系统服务器、定位基站、定位标签及网络设备等设备组成。3.1.UWB人员无线定位原理人员无线定位系统使用先进的超窄脉冲（UWB）精确测量飞行时间技术，实现了底层的精确测距/计时；结合无线定位位置解算算法，实现了上层的精确定位。其基本原理

14、如下图所示。获取标签和初站之间距谢（图示为复杂双向通信技术简化过程）利用标签与越站之间的相对距商及蠢站的坐标，计算标签的坐标sbd接收脉冲电波时刻T2脉冲的飞行时间.脉冲的速度为光速Ca，Stt03坐标标签与基站的距JeD=C（T3-T1）整体上，人员无线定位系统由定位硬件层、网络连接层、数据解算层和应用层组成。定位硬件层是人员无线定位系统实现定位功能的主体部分，包括定位微基站和定位微标签；网络连接层用于将定位微基站采集的数据回传到数据中心；数据解算层则是实现标签位置计算的关键；应用层针对客户的需求，完成了业务层面的呈现，如下图所示。高精度架构简洁接口丰富亘支持定制人员无线定位系统使用先进的超

15、窄脉冲技术，精确测量飞行时间，使产品定位精度达到高精度，并具有以下特点:典型定位精度IoCm无需同步机，设备简单，施工方便支持100M有线以太网和WiFi上传标准POE供电或12/24VDC可针对客户的特殊需求进行开发人员无线定位系统与其它无线定位系统的比较:系统比照本公司系统其它系统系统架构无线同步架构，无需同步机需要专门的同步机进行基站间的同步，设备繁杂，布线量大。基站安装全向天线，无需天线角度校准天线角度要现场校正，需要专业人员，施工难度大。系统供电多种供电方式可选：标准/非标PoE,或12/24VDCPOE供电数据回传有线以太网或WiFi回传数据，可根据现场情况灵活调整有线以太网回传标签形态车载磁吸/普通腕