UWB隧道人員設(shè)備定位系統(tǒng)方案

一、方案概述

公路、鐵路隧道的建筑施工環(huán)境艱苦惡劣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工作人員數(shù)量多且零散，不好協(xié)調(diào)管理，危險(xiǎn)系數(shù)比普通環(huán)境高不少，這就使得隧道施工企業(yè)迫切的需求一種即時(shí)、高效、精確的人員設(shè)備定位及安全的管理系統(tǒng)。

我司的GNM1000高精度定位系統(tǒng)，運(yùn)用最新的超寬帶UWB定位技術(shù)和雙模TOF算法，通過間隔一定距離放置一臺(tái)基站，工人/設(shè)備戴上標(biāo)簽的方式實(shí)現(xiàn)定位，定位精度≤30cm，識(shí)別速度可達(dá)120張/秒。系統(tǒng)精度高、容量大、實(shí)時(shí)性好，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的將隧道內(nèi)各個(gè)區(qū)域人員及設(shè)備的位置情況反映到后臺(tái)軟件系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握隧道內(nèi)人員、設(shè)備的分布狀況及其運(yùn)動(dòng)軌跡，以便于更合理的調(diào)度管理。而當(dāng)事故等緊急情況發(fā)生時(shí)，救援人員也可根據(jù)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)人員的位置情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

實(shí)時(shí)人員定位：當(dāng)隧道施工人員進(jìn)入隧道以后，在任何時(shí)刻任意位置，定位基站都可以感應(yīng)到標(biāo)簽卡的信號(hào)，同時(shí)上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器后由軟件統(tǒng)一處理，即可得出具體的信息（如：人員、位置、時(shí)間等），服務(wù)器將做好備份，并將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息顯示在監(jiān)控中心的大屏幕上，使得管理人員能直觀的了解隧道施工人員的位置狀態(tài)。

緊急求救報(bào)警：一旦發(fā)生突發(fā)情況，無論是隧道施工還是監(jiān)控室的人員，都可馬上發(fā)出警報(bào)（施工人員按下定位標(biāo)簽上的警報(bào)按鈕、監(jiān)控人員有專門軟件報(bào)警指示鍵或緊急按鈕等）；同時(shí)，各級(jí)動(dòng)態(tài)顯示界面、后臺(tái)會(huì)立即觸發(fā)緊急事件并上報(bào)，同時(shí)做好記錄。

人員軌跡回放：通過定位基站的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的軟件處理，可以將一段時(shí)間內(nèi)各人員的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，回放追溯，進(jìn)一步可以細(xì)分到具體區(qū)域，具體班組/個(gè)人的追蹤記錄，方便日常的管理和匯總歸納。

二、產(chǎn)品性能特點(diǎn)

UWB隧道人員定位系統(tǒng)組成主要有：UWB定位基站、UWB定位標(biāo)簽卡。

識(shí)別功能

l 精確型定位卡，識(shí)別精度30CM，通信距離大于400M（平直巷道）；

l 防沖突性，雙向載波偵聽，防止并發(fā)通信沖突；

l 單分站可最多同時(shí)識(shí)別120張標(biāo)識(shí)卡；

l 識(shí)別穩(wěn)定性（漏讀率小于10-5）。

工作穩(wěn)定性

l 高抗干擾性，對(duì)隧道干擾源、周圍環(huán)境無特殊要求；

l 內(nèi)部電路集成化程度高，器件故障率最小化。

技術(shù)指標(biāo)

l 超低功耗，采用可更換電池的可連續(xù)正常工作18個(gè)月以上；

l 自動(dòng)化識(shí)別，對(duì)礦工工作無影響；

l 專用工業(yè)頻段，對(duì)其他無線環(huán)境無影響，安全健康。

三、UWB定位原理及優(yōu)勢(shì)

此定位系統(tǒng)是基于時(shí)間差雙向定位技術(shù)TOF，即通過信號(hào)在空中飛行時(shí)間及電磁波光速的特性，計(jì)算出移動(dòng)標(biāo)簽與讀卡分站間距離，再通過一些算法定位標(biāo)簽位置，判斷卡具體的人員范圍，提高定位精度。同事系統(tǒng)軟件可以采用數(shù)據(jù)濾波、慣性導(dǎo)航思想的方式，進(jìn)行人員的定位判斷，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)圖形顯示。

UWB超寬帶技術(shù)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大的差異，它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級(jí)的帶寬。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。

四、隧道人員UWB定位安裝示意圖

UWB定位基站可覆蓋800m（兩側(cè)各400米、無遮擋），可安裝在隧道建成區(qū)域洞壁上（建議二襯臺(tái)車進(jìn)洞后安裝定位基站），安裝高度3-4m，全線定位時(shí)建議間隔500m安裝一臺(tái)基站，注意區(qū)分天線方向（否則定位方向會(huì)反），盡量遠(yuǎn)離金屬（距離不低于30cm）。定位基站采用8-24V電源適配器供電，電源放置于防水箱內(nèi)；所有線路必須穿管固定牢靠，網(wǎng)絡(luò)使用無線網(wǎng)橋或就近接入交換機(jī)內(nèi)。

注：此圖僅供參考

五、隧道人員UWB定位核心功能

5.1實(shí)時(shí)人員/設(shè)備位置顯示

注：此圖僅供參考

5.2考勤統(tǒng)計(jì)

注：此圖僅供參考

5.3實(shí)時(shí)報(bào)警撤離

注：此圖僅供參考

5.4歷史軌跡查詢

注：此圖僅供參考

四、設(shè)備組成

1、人員定位系統(tǒng)基站GNM1000

人員定位系統(tǒng)基站GNM1000是采集各GTM1000人員卡信息，對(duì)所采集到的的信息進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)緩存并傳輸?shù)?a target="_blank">電子裝置。

（正面） （背面）

注：此圖僅供參考，具體pcba可以訂制

主要技術(shù)參數(shù)：

工作電源：8~24V DC

額定功率：≤2W

精確定位工作頻率：3~5GHz

精確定位識(shí)別距離：630M(直巷道情況)，最遠(yuǎn)測(cè)試700米

精確定位天線模式：可選外置6DBI/12DBI增益天線等

區(qū)域型接收靈敏度：-101dbm

同時(shí)讀卡數(shù)量：120

接口傳輸方式：UART-TTL(異步串口)

傳輸速率：115200bps(可定制)

外形尺寸：可根據(jù)具體需求外殼進(jìn)行訂制。

2、人員定位卡GTM1000

人員定位卡GTM1000是采用DW1000精確定位技術(shù)開發(fā)的新一代礦井人員定位識(shí)別卡，使用TOF/TDOA技術(shù)，可以滿足120張卡同時(shí)與定位分站通信?？梢赃_(dá)到精度30CM的巷道精確定位功能，識(shí)別距離能達(dá)到最遠(yuǎn)630米，工況條件下測(cè)試完全滿足400米平直巷道的單邊通信距離。

（正面） （背面）

注：此圖僅供參考，具體pcba可以訂制

主要技術(shù)參數(shù)：

工作電源：推薦1000mAh 3.7V鋰電池

待機(jī)電流：<40uA

發(fā)射峰值電流：400mA

接收峰值電流：300 mA

定位精度：30厘米

定位距離：400米，最遠(yuǎn)測(cè)試700米

工作頻率：3~5GHz

傳輸方向： 雙向

電池使用時(shí)間：不少于20天（可充電）

外形尺寸：可根據(jù)具體需求外殼進(jìn)行訂制。