2022化工厂人员定位方案
一、 技术简介
华星智控UWBLOC化工厂人员定位系统采用UWB+北斗RTK+4G(LORA)融合技术实现对工厂内人员的实时精确定位管理功能。
UWB定位技术又叫超宽带定位技术，该技术采用无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲通信从而实现对室内外人员的精确定位功能，通过在需要定位的空间内布设若干数量的定位锚点（也称为定位信标）从而可实现定位功能，UWB定位技术定位精度可到0.3米。
北斗RTK定位技术又叫北斗差分定位技术，该技术利用我国自主研发的北斗卫星定位系统实现精确定位功能，人员佩戴的定位终端接收北斗卫星信号就可以实现定位功能，不需要额外安装任何设备，在室外空旷的区域我们采用北斗RTK技术就可实现定位，定位精度可根据需要选择不同精度的人员定位终端，定位精度有3米，1米和3厘米可供选择。
数据传输我们可以选择4G或者LORA方式，不用布线施工，室外如采用北斗RTK定位则完全不用安装任何设备，室内（或者卫星遮挡严重）区域采用UWB定位，也可以室内室外都采用UWB定位的方式实现对化工厂人员的精确定位管理功能。
二、 技术特点
1) 免布线
UWBLOC定位系统专为化工场景研制，定位基站采用本安防爆电池供电的免布线设计，设备可连续使用3~5年，在化工厂这样的复杂环境下实现零布线施工，大大降低项目造价和安装实施。
2) 高精度
相比于采用传统的蓝牙信标定位方式，我们采用目前世界上最先进的UWB定位技术和北斗RTK定位技术融合的方案，可实现室内30厘米，室外3厘米的高精度定位，如室内外全部使用UWB定位也可以保证30厘米的精确定位精度。
3) 实时性
相比传统的定位方案，UWBLOC定位系统可以实现1秒位置实时刷新，也可以根据需要实现更高速率的实时刷新速率，实时更新人员的位置坐标。
4) 低成本
UWBLOC定位系统在空旷区域4台设备可以覆盖1万平米，如室外采用北斗RTK定位则不需要额外设备，大大的节约了项目的总体造价。
5) 易扩展
可以根据定位需求设计存在性，1维，二维多种定位模式，可以通过增加设备提高定位精度，扩展定位面积，随用随加，方便扩展。
三、 项目方案整体构架
如下图所示，我们设计采用UWB+北斗RTK室内融合定位的方法，室外采用北斗定位，室内区域采用UWB定位，在室内区域部署无线定位基站，室内、室外数据通过4G网络传输到服务器（服务器提供固定IP地址）数据给到定位管理平台软件，在软件上呈现人员位置实现各种功能展示。
室内部分主要有无线基站组成，无线基站采用电池供电，无需布线施工，电池可连续使用3~5年，电池没有电后可以更换电池。
室外部分主要借助于北斗卫星信号定位，不需要安装额外的设备，北斗卫星信号使用是终身免费的不需要维护。
图 融合定位系统整体架构图
采用UWB定位系统室内室外都需要安装无线基站，人员佩戴的定位工卡，定位工卡的数据可通过无线网关发送到服务器，无线网关可通过4G或者网线的方式将数据传输的服务器。
无线基站采用免布线的电池供电方案，可连续使用3~5年，无电后可以更换电池。
无线网关根据现场情况需要安装若干台，从而保证定位数据有效接收。
图 UWB定位系统架构图
四、 定位模式介绍
UWBLOC定位系统可以实现三种不同的定位模式，分别为存在性检测，一维，二维模式，根据用户需要实现的效果我们可以选择不同的定位模式以达到降低成本目的。
1、存在性检测：通俗的说就是在或者不在的检测，通过安装一个基站就可以实现，如图中基站7、8所示，检测目标对象是否在某空间内。
2、一维定位：就是只有某一个方向的位置信息，比如隧道、走廊、过道这种狭长的地方，不关心目标对象在宽度方向位置，只需要知道在长度方向位置就可以通过安装2个基站实现定位，如图中1、2基站。
3、二维定位：就是要精确的知道目标对象的准确X,Y坐标位置，就需要在定位区域至少安装3台基站实现二维定位效果。如图中3、4、5、6基站所示。
五、 定位基站
无线定位基站(HXZK-WX)是我公司自主研发的一款基于UWB技术实现精确定位的基站，该基站定位精度可到0.3米，设备采用大容量一次性电池供电（电池可更换），可连续工作3~5年，设备防爆等级EX IIC T4 Gb可用于化工厂等场所使用，设备防护等级IP67可以户外使用，通信距离可到100米，可有效降低施工布线成本。
图 HXZK-SW定位基站
1. 基站参数
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型号 |
HXZK-WX |
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供电 |
一次性电池 |
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电池容量 |
38Ah |
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安装方式 |
壁挂 |
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工作频段 |
3.75~4.25 GHz |
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材质 |
ABS塑料 |
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天线 |
全向天线 |
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定位算法 |
融合定位算法 |
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定位精度（无遮挡） |
0.3米 |
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通信距离 |
>100m |
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尺寸(mm) |
118*92*63 |
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工作温度 |
-40℃~+80 ℃ |
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重量(g) |
400 |
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工作湿度 |
0%～90%无凝结 |
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防护等级 |
IP67 |
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续航时间（1HZ） |
3~5年 |
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防爆等级 |
EX IIC T4 Gb |
2. 基站安装
如下图所示通过安装支架将定位基站固定在墙壁上。
图：定位基站安装效果示意
图 基站现场安装照片
1.二维精确定位基站的部署原则
二维定位原理基于三角定位算法实现（如下图所示），要保证良好的定位精度就需要保证标签和不少于3个基站可靠的测距，理想的情况是标签和不少于3个基站可视（基站和标签之间不存在遮挡）这种情况将会获得最好的定位精度。
2.定位原理说明
如右图所示,信号发射源发射信号脉冲，信号接收机需要提前安装在需要定位的空间里面，并需要自定义一个直角坐标系统，测绘出每个接收机的X,Y,Z坐标。信号发射源发射的脉冲飞行速度为光速C，脉冲到达3个信号接收机的时间分别为T1,T2,T3,通过光速C*时间T就可以算得三个距离L1,L2,L3，分别以三个距离为半径画出三个圆圈的交集处就是信号发射源的位置，这就是三角定位原理。
如下图所示的定位空间，部署的时候如果要求较高的定位精度（10~30cm）需要按照长宽比尽量接近1:1的原则部署定位基站(图中红色圆圈代表定位基站)，1:1的意思就是说如果该空间的宽度10米那么部署基站长度方向最好也不要超过10米部署，原因在于长宽比过大会导致精度因子变差，定位精度变差。
如下图所示的定位空间，部署的时候如果要求的定位精度不高。比如只需要1米内的定位精度，可以按照长宽比不超过1:3的原则部署定位基站(图中红色圆圈代表定位基站)。
部署基站的时候如果存在较大的设备遮挡需要增加基站密度，保证在需要定位的位置，标签都能和不少于3个基站可靠的测距。如下图所示，比如中间位置存在3米高的金属罐体，那么需要新增绿色基站使得在左右区域能够保证最基本的定位条件。
在只有3个基站的时候，尽可能安装成锐角三角形，避免出现钝角三角形情况，钝角三角形会对系统精度造成影响 。
3.安装位置选择
1：不要靠近高功率设备（全频段谐波），比如的无线电，大型机械日光灯等。
2：远离液体，液体对电磁波吸收非常明显。
3：选择视野开阔处安装。
。
4：工作环境温度 建议在 -40 ℃ ~ 80 ℃ 。
4.高度要求
为了让基站辐射覆盖性能更佳，安装高度建议2~8 米。
5.位置要求
适度离开墙体，基站安装的位置要适度离开墙体，建议和墙体保持不小于30厘米的距离，避免在识别的时候，造成多径的误识别。
6.支架安装
由于定位基站的特殊性，避免带来定位的误差，定位基站在安装的时候，需要和墙体保持一定的距离，在很多时候，需要特别为设备准备支架，确保和墙体的间隔。
六、 定位终端介绍
根据不同的应用场景可以选择不同的标签样式，满足不同佩戴的需求。
1. 工牌标签
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设备型号 |
HXZK-GP2 |
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相关规范 |
GB/T17626.2-2006 -GB |
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充电电压 |
DC5V/1A |
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设备功耗 |
瞬时功耗<1W |
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指示灯 |
1个电源指示灯 |
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续航时间/1Hz |
>1周 |
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充电口 |
磁吸 |
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电池 |
1000mAh |
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工作频段 |
3.75-4.25GHz |
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刷新频率 |
1HZ可调 |
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信道频宽 |
500MHz |
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天线 |
内置全向天线 |
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定位算法 |
融合定位算法 |
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定位精度（无遮挡） |
0.3米 |
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通信距离 |
>100米 |
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尺寸（cm） |
8.5x5.4x0.7 |
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重量（克） |
50 |
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工作温度 |
-20℃~65℃ |
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工作湿度 |
0%～90%无凝结 |
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防护等级 |
IP65 |
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休眠 |
智能休眠 |
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RFID |
选配 |
|
SOS告警 |
支持 |
|
低电量告警 |
支持 |
|
自动休眠唤醒 |
支持 |
|
蜂鸣告警 |
支持 |
|
运动状态检测 |
支持 |
|
屏幕显示 |
支持 |
|
防爆等级 |
EX IIC T4 Gb |
2. 融合定位终端
开机：关机状态下，按一下电源键开机。
关机：开机状态下，长按电源按键3秒关机。
SOS按键：长按SOS按键3秒发送一次心跳包，心跳包内容包含按键状态。
佩戴方式：如下图所示可用便携式背带佩戴。
设备尺寸：设备尺寸单位mm
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设备型号 |
HXZK-URT（室外低精度） |
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充电电压 |
DC5V/1A |
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设备功耗 |
瞬时功耗<1W |
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指示灯 |
4个 1个RTK指示灯（蓝色单点定位） 1个电源指示灯 1个4G信号指示灯（红色初始化，绿色入网成功）， 1个UWB指示灯 |
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输出功率 |
-24dBmM/MHz |
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续航时间 |
24小时（1Hz 25℃） |
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充电口 |
4pin磁吸充电 |
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电池 |
3000mAh (可充电锂电池) |
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工作频段 |
UWB：3.75-4.25GHz |
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UWB刷新频率 |
1HZ |
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差分定位刷新频率 |
1HZ |
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卫星系统 |
北斗+GPS |
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北斗精度 |
3米（无遮挡，3厘米和1米经度可选配） |
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UWB天线 |
内置全向天线 |
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GPS天线 |
内置陶瓷天线 |
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定位算法 |
融合定位算法 |
|
UWB定位精度 |
0.3米（无遮挡） |
|
UWB通信距离 |
>100米 |
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尺寸（mm） |
57.5x85x59.5*25 |
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重量（克） |
110 |
|
工作温度 |
-20℃~65℃ |
|
工作湿度 |
0%～90%无凝结 |
|
防护等级 |
IP67 |
|
休眠 |
智能休眠 |
|
ROHS |
兼容 |
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SOS告警 |
支持 |
|
低电量告警 |
支持 |
|
自动休眠唤醒 |
支持 |
|
运动状态监测 |
支持 |
七、 定位系统功能介绍
在地图上显示每个被定为目标对象的精确位置，位置实时刷新，定位精度优于0.3米。
可以在电子地图上将任意位置划定为考勤区域，通过在电子地图上划定考勤区域，可以实现对进出区域人员自动考勤统计，记录被定位目标对象进出此区域的时间，并可统计考勤区域的停留时间等信息，并可以形成统计报表导出。
如下图所示通过鼠标可以在地图上划定任意区域为考勤区域。
系统可以保存数月的历史轨迹，支持查询任意某目标对象一个时间段的运动轨迹。
通过鼠标可以将任意区域划定为电子围栏区域，选择区域的报警规则。未经授权人员进入电子围栏区域就会触发报警提醒，报警类型有进入报警，出去报警，超员报警等可选。
定位标签带有一键呼救按钮可以在发生危险时候一键呼救，为快速救援争取到黄金时间。
系统支持查看每个目标对象的实时电量信息，实现低电量报警提醒充电。
系统支持绑定摄像头，实现摄像头联动功能，摄像头需要支持国标28181的协议。
系统支持设置巡检区域，对巡检进行自动记录，生成记录报表。
系统提供数据接口可以和其他用户平台对接，系统功能也可以根据用户需求定制开发。
八、 地图制作的说明
下图所示为三维实景地图，制作这种地图需要现场详细的CAD图纸和现场设备设施建筑物的照片才能评估制作地图的准确费用。
如下图所示为三维白模地图，用户只需提供详细的CAD平面图即可评估制作地图费用。
如下图所示的地图是图片格式地图，只需要提供现场CAD平面图就可以完成制作，这种地图制作不收取费用，为免费制作。
