2024安全作业人员管控UWB人员定位系统技术方案

安全作业人员管控UWB人员定位系统技术方案2024目录TOC\o"1-2"\h\u15306人员定位系统 449681.概述 5184102.定位技术比较 6252662.1.室外定位 631742.2.室内定位 7308062.3.电站定位解决方案 8132653.系统组成 951643.1.UWB人员无线定位原理 9186013.2.UWB定位方案 11165633.3.UWB定位系统性能 1255074.定位软件及功能 13102334.1.实时位置定位 14256534.2.电子点名 17174044.3.标签管理 19198944.4.历史轨迹 2559664.5.电子围栏功能 2618394.6.系统维护功能 29227384.7.考勤功能 31288785.主要设备技术参数 32235805.1.定位系统服务器 32272065.2.定位基站 32290155.3.定位标签 35UWB人员定位系统系统针对作业区域人员生产安全，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，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。概述电站系统网络架构如下图所示：网络架构图本系统的综合布线采取单独组网、就近供电的原则，对外提供统一网络接口的方式。系统整体部署在电厂安全Ⅲ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。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缺的重要应用——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。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(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)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。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Locata和美国高通公司的方案，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、RFID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10~50cm；二是米级定位，如蓝牙iBeacon定位，约1~3米的定位精度；三是区域级定位，即房间级的定位，如RFID,WIFI（WiFi的精度约为3~10米）,ZigBee(精度在3~5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。蓝牙定位类似室外GPS卫星定位，卫星定位一般最少要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。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1~10m/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Wifi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1~3m150m100~200元<1000元设备体积小、短距离、低功耗位置精度有限，区域限制能力有误差UWB定位0.1~0.5m150m200~600元>3000元精度超高，功耗低成本较高，部署复杂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，部署复杂方案二激光边界+蓝牙+北斗混合定位管控成本较低，实施容易，管控效果好定位精度不如UWB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。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。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。其基本原理如下图所示。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。人员无线定位系统使用先进的超窄脉冲技术，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：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/普通腕带/防拆腕带/资产/外置天线/胸卡，种类齐全固定2~3种类刷新率0.01Hz~50Hz可调整不可调整基站防护铸铝外壳，防雷底板（供电防雷、天馈防雷），防尘防水，IP65工程塑料,不可防雷软件功能提供接口，支持二次开发；提供强大的演示软件功能。只支持原生软件，开放性差。UWB定位方案当前我国主要的电厂分为水电，火电和核电电厂。水电站的人员系统限定的范围在于生产区域，实现人员定位、实时监测、查询、安全保障、统计考勤、数据存储、双向信号呼叫、定位系统运行维护等功能。水电站建筑结构复杂，长度和宽度都在几百米之间，高度一般较高。从高度上看，厂房内部一般有水电机组、配电、输电等生产设备，环境复杂；且设备体积巨大，会对无线电信号造成巨大的遮挡。与此同时，电厂已经运行多年，部署新的定位系统需要部署线缆、网络，具有一定的施工量。因此，针对的特殊环境，可以灵活地对基站的部署位置进行调整，以最大限度地提高基站的覆盖面积，同时减少对基站的遮挡作用。基站的部署密度。定位基站的有效视距覆盖范围是35m~50m，在一维定位模式下，沿着洞室掘进方向，每隔50m部署一个基站；在二维定位模式下，每隔35m成对部署基站；在零维定位模式下，每个洞室部署一个基站。网络的部署。无线定位系统支持有线和Wi-Fi两种网络连接方式。如果在现场有条件部署有线网络，则推荐部署光纤网络，将所有基站连接到光纤上，并最终将数据回传到后台服务器；否则，如果现场没有条件部署有线网络，则可以使用Wi-Fi方式，为每个基站配置一个单独的无线网桥，专门用于通过Wi-Fi信道转发该基站的数据；并在接收端（机房服务器端）配置接收无线网桥和交换机，用于接收Wi-Fi信道回传的无线基站数据，并最终回传到服务器。标签的配置。无线定位系统使用无线定位标签实现人员定位。该无线定位标签使用与定位基站相同的频段，单独发射无线脉冲信号，并可接受来自基站的无线脉冲信号。正常情况下，标签以固定的频率上报自身位置；当遇到紧急情况时，可以通过按键方式实现主动报警信息上传；也可以由后台定位软件主动下发报警信息，提示持卡人注意安全。UWB定位系统性能人员无线定位系统的核心是实现了标签位置的实时、精确定位。可以实现以下性能：高精度。采用超宽带定位技术，通过人员定位管理对作业人员及进行精确定位、跟踪，定位精度≤5米；无漏卡。系统能可靠识别静态或≤80km/h的高速移动目标；大容量。单台基站可同时识别200张以上的人员标识卡；双向应急救援功能。可以标签主动上传报警，应用于当洞室人员遇险时，可触发“求救”按钮，发现洞室塌方、涌水、涌泥时，也可以通过定位电子标签按钮向监测中心发出对应报警信号，监测中心将及时报警，并可查询显示报警人员、报警时间和报警地点。在洞室某区域内有危险需要撤离人员时，在监测中心的人员或系统管理人员可向洞室内危险区域人员群发紧急撤离通知，洞室内人员即可通过定位电子标签振动或广播“撤离”信号；人员统计功能。能准确地统计全洞室及某个区域（如：掌子面）的人员数量；查询功能。可实时跟踪查询、打印当前及某时间段洞室内人员数量、活动轨迹及分布情况；主动式定位硬件架构。定位基站和定位电子标签具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成；定位电子标签采用嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现编码、解码、通信及信息碰撞处理等功能；电量管理功能。系统软件具有定位电子标签电池管理功能；远程自动识别。乘车出入的人员无需下车，在车辆进入监测区域后，就可自动完成人员考勤及定位功能；多线程工作。系统在进行实时数据采集时，可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等；权限控制与共享功能。系统监测中心站及网络终端可以联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询、打印各类数据报表；电子围栏功能。可以对进入洞室人员限制出入时间及地点，如果超过授权时间会触发报警设备发出警示，以便控制人员迅速做出反映，采取安全措施；数据存储功能。系统可自动生成人员信息数据库，实现考勤昨夜的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益；自维护功能。当系统中个定位基站等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，可供查询及打印定位软件及功能无线定位系统提供基于PC的显示软件和数据API接口。基于底层提供的高精度定位数据，上层提供了丰富的管理服务功能，包括：实时位置定位；历史轨迹回放；告警设置与查询；点名功能；考勤功能；权限管理；系统设置。实时位置定位实时位置定位是高精度人员定位系统的基本功能，其基础界面结构如下：电子地图的导入与显示无线定位系统支持多种格式电子地图的导入，优先支持dxf格式和tif格式。导入时，只需要将电子地图存放到指定的文件夹下，即可实现导入。导入界面：通过选择需要显示的楼层，可以对电子地图分层显示。如下图所示，选择了其中一个楼层进行显示：实时位置的显示定位结果通过图标的方式显示在界面上，并可以通过将人员信息与定位标签信息进行绑定，将人员信息直接显示到界面上，如下图所示：绑定界面如下图所示，除姓名外，还可以绑定其他信息，如工号、联系方式等：电子点名使用电子点名功能，可以事先规划某个区域在特定的时间段应该到达多少人，实际到达多少人，出勤缺勤情况。电子点名的设置电子点名的实时显示电子点名应到人数统计：电子点名实到明细统计：电子点名缺勤统计：各个区域人数统计各个区域分区人数统计标签管理标签的分组在使用标签之前，首先要为标签添加分组（部门）：绑定标签信息每个标签都有固定的ID号，需要为每个标签指定其所属的名称、分组、定位类型、姓名、生日、工号、联系方式等信息。 指定标签显示的图标形状标签会分配给人员或设备。可以通过指定标签显示不同的形状，表示标签代表的定位对象。部门人数的实时显示下图中，各个部门人数显示为“XX/YY”样式。其中，“XX”表示实到人数，“YY”表示应到人数。标签的搜索可以通过标签的ID号或人员名称对标签进行实时搜索，并将结果显示在地图上。标签的电池电量标签的电量告警标签电量的查询任意标签位置跟踪标签上传报警历史轨迹轨迹的时段指定查询对象指定活动轨迹再现可以查询任意标签、在任意指定时段的轨迹：电子围栏功能电子围栏用于在电子地图上指定一个特殊范围，该范围可能是危险区域，也可能是需要旁站的区域，或者是人员工作时不应该离开的区域。该区域只对划定的标签有效。当标签在非允许的时间进入或者离开电子围栏的边界，就会触发报警。电子围栏的划定电子围栏可以使用鼠标随意划定，方便快捷：电子围栏适用范围的指定电子围栏报警的提示触发电子围栏者的定位实时告警消息的查询历史告警记录的查询系统维护功能基站状态基站图标的颜色表征状态基站离线基站工作正常基站未检测到标签，但自检正常基站网络设置标签基站通信状态查看考勤功能考勤口的设定考勤记录查询主要设备技术参数定位系统服务器定位系统服务器性能要求CPU：INTEL_E5-2623V4_2.60GHZ*2内存：8GB2400MHZRDIMMDDR*4硬盘：热插拔_600G_SAS12.0GS_10000R_2.5*2机柜式一体化KVM：≥8口，含19寸折叠液晶显示器、全尺寸键盘、鼠标等，与服务器同一品牌。操作系统：支持WindowsServer版操作系统，不含系统HD高清接入：必须具备HD高清（1080P）接入能力显卡：K620，显存2G光驱：DVD-RW网络接口：4个10/100/1000Mbps以太网端口；网络支持：TCP/IP电源：450W冗余电源风扇：1套机架：标准导轨(2) 磁盘阵列设备性能要求控制器：双端口_6GB缓存_控制器*2千兆端口：4硬盘：热插拔_4TB_SAS6.0G/s_7200r_3.5*8定位基站定位微基站（或称定位阅读器），布设于被定位空间内，相当于GPS中的“定位卫星”，是定位系统的重要组成。定位系统的微基站有多种品类，适合于室内外多种环境。定位精度高，最高定位精度为10cm；单基站覆盖面积大，最高超过1000平米；天线全内置，室内信无需调整天线方向；数据上传支持2种方式自适应：有线以太网、WIFI兼容；实施方便，支持快速布设、临时搭建；无需复杂同步机，系统简易。使用6.2GHz~6.7GHz信号频段；定位基站处理器以微处理器为核心，采用无线电通信技术，通过无线接收器对定位电子标签发出的无线编码信号进行接收处理，检测出地下人员及车辆等移动目标的位置、编码等信息。定位基站提供室内基站和室外基站两种，室内基站主要用于厂房洞室等，室外基站主要用于隧洞、室外场地等。室内基站参数类型吸顶基站（室内使用）型号外形工作电压12~48VDC工作电流1AMax.@12V工作频段6.2GHz~6.7GHz基站功率平均3w电源接口标准802.3afPOE/DC12V-24V数据接口标准以太网口/内置WIFI以太网口a）以太网口的传输方式：TCP/IP协议；b）以太网口的传输速率：10/100Mbps自适应；c）以太网口的最大传输距离：100m（不小于1.5mm2的信号电缆）。尺寸120mmX120mmX61mm工作温度-20-70℃存储温度-40-85℃工作湿度10%~90%无凝结存储湿度5%~95%无凝结容量a)定位单基站覆盖范围不少于1000平方米；b)定位基站单区域容量最高可达200个定位电子标签。覆盖能力在空旷无障碍场所与定位电子标签可靠通信距离：≥100m；在各种复杂条件下与定位电子标签可靠通信距离：≥30m。防护等级IP65室外基站参数类型室外基站型号外形尺寸180mmX200mmX80mm工作电压12~48VDC工作电流1AMax.@12V工作频段6.2GHz~6.7GHz基站功率平均3w电源接口标准802.3afPOE/DC12V-24V数据接口标准以太网口/内置WIFI以太网口a）以太网口的传输方式：TCP/IP协议；b）以太网口的传输速率：10/100Mbps自适应；c）以太网口的最大传输距离：100m（不小于1.5mm2的信号电缆）。尺寸120mmX120mmX61mm工作温度-20-70℃存储温度-40-85℃工作湿度10%~90%无凝结存储湿度5%~95%无凝结容量a)定位单基站覆盖范围不少于1000平方米；b)定位基站单区域容量最高可达200个定位电子标签。覆盖能力在空旷无障碍场所与定位电子标签可靠通信距离：≥100m；在各种复杂条件下与定位电子标签可靠通信距离：≥30m。防护等级IP65定位标签客户可根据需要同时定位的人员和设备数量，选购相应数量的标签。提供多种标签形