华星智控无线定位系统，采用先进的脉冲无线定位技术，通过在工作区域部置定位基站，检测进入生产现场的相关人员配置标签的方式，实现对进入生产现场人员的实时高精度定位，在这种复杂的应用场景下最高精度10~30cm，系统容量大，实时性好。该无线定位系统基于超窄脉冲技术，是国内领先的高精度无线定位产品。无线定位系统使用先进的超窄脉冲精确测量飞行时间技术，实现了底层的精确测距/计时；结合位置解算算法，实现了各层的精确定位。基于系统定位功能开发的电子围栏及SOS报警等功能，有利于现场作业人员的动态管理，避免发生不安全事件。


人员定位系统主要包括定位微基站、定位微标签、定位解算服务器、定位解算引擎及POE交换机、网线等网络设备构成。图中定位基站是基础定位单元区，该区域内的定位基站使用POE网线供电并通讯；进入现场的人员或现场的设备设备通过佩戴或安装定位微标签实现区域内的实时位置定位。


定位微基站可以通过WiFi或者以太网将采集到的数据回传到解算服务器进行解算。无线定位系统的系统架构如下图所示。
利用先进的室内、室外人员定位系统，可以有效地加强对现场操作人员、技术人员的安全管理，实时定位现场人员，直观及时地反映区域内的作业情况、人员状况，提高人员安全保障的力度及效率，是人员安全监控管理的有力工具。
项目系统采用先进的UWB技术和手机GPS技术相结合实现了室内室外人员定位全覆盖，系统硬件由监控主机、交换机、定位基站、定位卡、手机GPS终端组成。首先根据室内布局一定数量的定位基站，通过定位基站使得室内无线信号覆盖，然后为人员佩带定位手环，各方向的定位基站不断接收定位手环发送无线信息，定位基站将定位手环的信息通过交换机上传至监控主机，系统根据定位手环位置信息及手机GPS定位信息进行分析处理，进而实现人员定位、历史轨迹回放等功能，精度满足预警需求。


智能定位系统-系统功能
系统基于对生产人员的实时位置信息的分析，全方位智能化实现对安全生产的预防，监控，报警，追责。


实现室内室外定位 各类人员的实时高精度位置信息在控制中心实现实时可视化管理，实现对系统的全局把控，防范安全事故的发生。 局域网的电脑或者PAD都可以通过web形式来查看位置信息,包含uwb和GPS定位信息.
标签智能休眠 为增加待机时长，减少无线射频信号发射，标签增加智能休眠机制，标签静止等情况下标签智能休眠。


区域告警 系统实时监测人员位置信息当生产人员靠近或者进入危险区域，系统可通过手环震动的形式做出报警，对现场生产人员给予及时的提醒，以防止安全事故的发生。 对于有权限人员进行区域内人员静止检测，当人员长时间未活动时系统给出告警信息。 区域联保互保，当互保人员距离超出设定范围。系统给出报警，并且手环震动提示。
低电量提示 定位设备具有自检测电池电量功能，当设备电量低时提示及时充电。
人员静止检测 设备内置静止检测传感器，当检测设备长时间未运动向系统提交静止信息，系统根据设备所在区域判断人员未携带设备或发生危险情况。
考勤辅助 基于系统高精度定位的特性，可在厂区入口等任意位置加设定位设备实现考勤辅助功能，记录出入区域记录并记录时间。





心率检测 通过腕带心率模块检测人的生命体征，及时监测人的体征状态，当被检测人的心率波动较大时，系统给出报警并归档。


电子围栏功能 通过uwb定位系统的管理后台设置电子围栏，“越界预警、滞留预警、长时间静止预警”等功能。工人误入危险区域，系统会自动发出警报并且手环震动报警。


轨迹回放 轨迹回放可以选择某个标签对应的时间段的走过的轨迹，并且可以加速回放，而且可以显示移动轨迹。



围栏报警列表 这里是显示围栏报警统计信息，可以查询任意标签，并且可查看进入和离开时间 。


低电量报警列表 显示标签电量低时自动报警，并显示剩余电量。


该无线定位系统的核心是实现了人员位置的实时、精确定位、生命体征监测。在工厂的应用中，可以实现以下功能：
1，实时位置定位。当工作人员进入定位区域以后，在任何时刻任意位置，定位基站都可以感应到信号，并上传到监控中心服务器，经过软件处理，得出各具体信息（如：人员ID，位置，具体时间），同时可把它动态显示（实时）在监控中心的大屏幕或电脑上，并作好备份，使得管理人员可随时了解工作人员的状态。


2，工作人员远距离工作状态，后台报警提示。


3，突发情况报警。当工作区域发生突发情况，员工可通过按下所携带的定位标签上的定位按钮发出警报，同时监控室的动态显示界面会立即触发报警事件并进行记录。


4，电子围栏。当工人进入危险区域或进入其他不允许活动的区域时，该无线定位系统能够分析出这种非正常的情况，并及时做出报警信息，为管理人员提供重要参考；


5，日常人员管理。管理者可随时观看大屏幕或电脑上的工厂人员及设备活动情况，并可查看任意区域、任何班组/部分/个人的信息状况，并可进行报表打印（可选），历史数据查询（可选），为管理带来极大的方便。


6，生命体征监测。管理者可以通过心率监测模块来监测工作人员的生命体征，结合标签上的振动传感器来辅助判断工作人员的活动状态。


工作流程 标签发射出UWB信号→基站接收UWB信号→计算服务器进行数据解算→计算服务器输出定位数据至上级应用系统。 手机GPS信号通过4G基站传到服务器在地图上呈现。
基站部署方案 ，每层基站安装点位及网线路由如下所示：



一层共安装基站19个，各房间内15个，楼道3个，室外1个。



二层共安装基站20个，各房间内17个，楼道3个。



三层共安装基站20个，各房间内17个，楼道3个。

详情：https://buy.icxbk.com/index.php?ctl=Product&met=detail&item_id=5262

TOF定位方法

基于TOF的定位方法与基于TOA的定位方法在本质上是相同的，而TOF测距不依赖基站与标签的时间同步，故没有时钟同步偏差带来的误差，但TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，通常采用正反两个方向的测量方法，即远端基站发送测距信息，标签接收测距信息并回复，然后再由标签发起测距信息，远端基站回复，通过求取飞行时间平均值，减少两者之间的时间偏移，从而提高测距精度。

TDOA定位方法

基于TDOA的定位方法又称为双曲线定位，其原理是通过测量 UWB 信号从标签到两个基站之间传播时间的差值，得到标签到两个基站之间的固定距离差。TDOA算法是对TOA算法的改进，它并不是直接利用信号到达时间，而是利用多个基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置。因此与TOA相比并不需要加入专门的时间戳来进行时钟同步，定位精度相对有所提高。

TOA即“到达时间”，这种方式定位是通过Anchor和Tag之间的多次通信实现的，如下图：



1、Anchor首先发给Tag一个包，同时记录下Anchor当前的时间信息，记为T1。

2、Tag收到基站的信息，返回一个ACK。

3、 Anchor收到Tag的ACK，记录当前的时间信息，记为T2。

4、Anchor计算时间差Tr = T2 - T1，并且根据此计算出距离。

d = c * Tr / 2 其中c为光速。

当然，实际应用中为了更加靠谱，往往不仅仅是利用两次通信来测距，还会有更加复杂的多次通信来提高精度。

对于空间定位，只需要利用SX（球面相交法）便可以得出最后的坐标。

可见，为了一次定位，每个Anchor和Tag之间要进行两次通信，故又将这种定位方式称为“Two-way-ranging”。这种定位的优势在于其实现的便捷性和对硬件的宽容，只需要有几个摆放在不同位置的Anchor和一个Tag便可进行定位，而缺点嘛...首先自然是定位速度了，其次，由于每次通信的质量无法保证，而一对Anchor/Tag又无法做自我的校准，精度自然也会受到影响。

TDOA即“到达时间差”，这种方式的一次测距是由两个Anchor和一个Tag实现的。在这种模式下，多个时钟完全同步的Anchor同时接受来自一个Tag的包，对于不同位置的Anchor，同一个Tag的同一次广播包到达的时间是不同的，所以便有有以下算法：

1、Tag发出一个广播包。

2、 两个Anchor接收到同一个包，Anchor1接收到的时间为T1，Anchor2接收到的时间为T1。

3、计算时间差Td = T2 - T1。

4、 对于至少四个Anchor，可以得到三组这样的两两之间的信息。

5、通过数学方法（multi-lateration）可以解算出Tag的空间坐标。

由于算法比较复杂，这里不再赘述。由此可见，TDOA的优势首先在于一次定位的通信次数显著减少，其次由于是用时间差而非绝对时间进行测距，其精度也比TOA高出一些。但优势总是以一些代价换来的，TDOA系统中各个Anchor的时钟必须严格同步，由于这种定位本质上是依赖于光速的，所以1ns的固有时钟误差便可以造成30cm的固有距离误差，这一点显然是不可接受的。而要打造一个间距比较大的精确同步系统成本又是比较高昂的。

文章来源：北京华星智控公司http://mp.sohu.com/profile?xpt=cHBhZzg2MjczMTcwZDJkNkBzb2h1LmNvbQ==&_f=index_pagemp_2

                                             室内定位——UWB测距及定位原理

 

我们都知道卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法发定位。所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，今天我们来谈谈UWB-Ultra Wideband(超宽带)定位原理。

UWB是什么？

超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。

UWB与传统的窄带系统相比有什么区别？

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、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。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

UWB的测距原理

双向飞行时间法（TW-TOF,two way-time of flight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速)

 

TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT,那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF=(TTOT-TTAT)/2

                                                                              

 

然后根据TTOF与电磁波传播速度的成绩便可计算出两点间的距离D=CxTTOF

TOF测距方法和两个关键侧约束：

1、发送设备和接收设备必须始终同步

2、接收设备提供信号的传输时间的长短

为了实现始终同步，TOF测距方法采用了始终偏移量啦解决始终同步问题，单由于TOF测距方法的时间以来与本地的远程几点，侧距精度容易受两端节点中的始终偏移量的影响。为了减少此类错误的影响，这里采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应。通过平均正向和反向多次测量的平均值，减少对任何始终偏移量的影响，从而减少测距误差。



 

 

UWB的定位原理

知道了UWB的测距原理，再来了解UWB的室内定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员胡总恶化时设备携带定位标签，标签按照一定的频率发傻脉冲，不断和4个已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！更多咨询：0755-83408210

 



 

 

    遮挡主要指室内定位UWB基站和定位标签之间存在障碍物，阻碍了信号直接被互相接收，从而影响定位。









 

遮挡对UWB定位的影响主要分以下几种情形

 

1、实体墙：一睹实体墙的这种遮挡将使得UWB信号衰减60-70%定位精度误差上升30厘米左右，两睹或者两睹以上的实体墙遮挡，将使得UWB无法定位。

 

2、钢板：钢铁对UWB脉冲信号吸收很严重，将使得UWB无法定位。

 

3、玻璃：玻璃遮挡对UWB定位精度没太大影响。

 

4、木板或纸板：一般厚度10厘米左右的木板或纸板对UWB定位精度没太大影响。

 

5、电线杆或树木：电线杆或者书面遮挡时需要看他们之间距离基站或者标签的距离，和基站和标签的相对距离比较是否很小，比如，基站和定位标签距离50米，电线杆或者树木正好在两者中间，25米处，这种遮挡就无大的影响，如离基站或者标签距离很近小于1米，影响就很大。

 

 

                                                         UWB室内定位基站布置原则

 

一：精准的三维定位每隔50-100米步骤一个定位基站，使得任意时刻 都有四个基站能接受到标签发出的脉冲！



 

二：一维定位就是测距应用，适用于隧道，矿井对定位精度不高场景，精度在0.3米左右



 

 

 

1.3系统定位维度

根据应用场景的不同，可以实现一、二、三维定位。

1.3.1一维定位

典型应用为巷道定位，只需要定位目标在这个巷道的相对位置。一般会忽略巷道的宽度。



在这种模式下，可以采用基站时间同步的方式实现一维定位。

1.3.2二维定位

二维定位需要确定在空间的X、Y 坐标。分两种情况

1.3.2.1 类似于道路的伪二维定位

和一维定位非常类似，但采用测距的方式实现定位功能。通过标签离基站的距离，计算标签的位置，有于场景的特殊性，可以计算出标签的最终位置。



1.3.2.2标准二维定位



通过三个以上的基站，确定区域内的标签的位置。可以得出基站的二维坐标。在这个系统中，由于只有二维坐标，需要关注“垂直投影”带来的误差。如下图：



基站4 和其他基站不在同一个平面上，若做测距，得到的是标签和基站4 的斜边的距离，需要通过投影到平面进行计算。

1.3.3三维定位

实现三维定位，需要求出被定位设备的XYZ 三维坐标，在基站架设的时候，需要特别拉开Z 轴的高度差，以确保在Z 轴上的精确度。若用测距的方式，三个基站就可以完成三维定位，用TDOA 的方式，必须要四个以上基站才能完成。



二、系统组成及特性

2.1系统组成

系统包含三部分：电池供电的活动标签，能够发射UWB信号来确定位置；位置固定的传感器，能够接收并估算从标签发送过来的信号；以及综合所有位置信息的软件平台，获取、分析并传输信息给用户和其他相关信息系统。  

2.2系统特性

系统定位精度高达三维15cm，为目前无线电定位最高精度；

标签刷新率从0.002Hz-33Hz可以根据环境自动分配；  

标签内置振动传感器、纽扣电池可供1年供电；

支持Linux和Windows环境，分布式结构；

定位平台功能丰富，图形化操作界面，提供API开发支持；

三、应用领域

工业/汽车：实时追踪资产和库存，改进流程，提高搜索效率，减少资源浪费；

物流仓储：跟踪条码阅读器和叉车，减少保险检查的环节，使仓储管理变得灵活；

军事：人员定位和设备追踪，例如城市作战训练、弹药仓库管理、高级研发；

医疗保健：实时跟踪病人，进行照顾和管理，利于病情分析和治疗改进，方便于人力资源管理；

危险环境：定位个人和资源，安全位置紧急搜索，人员监控，优化管理过程，做到安全有效；

重点安保区域：人员的进出管理、实时位置查询、禁区监管、隔离距离控制、人员调度，能对人员的位、行进路线、距离、速度进行监控和统计；

体育：实时跟踪与计算运动员的方向和速度等，详细的性能分析，记录队伍的比赛实况，视频集成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 转载自 http://www.skylab.com.cn/newsview-158.html   

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