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)場設(shè)備、工作人員數(shù)量多且零散，不好協(xié)調(diào)管理，危險系數(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、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基站，工人/設(shè)備戴上標簽的方式實現(xiàn)定位，定位精度≤30cm，識別速度可達120張/秒。系統(tǒng)精度高、容量大、實時性好，能夠及時、準確的將隧道內(nèi)各個區(qū)域人員及設(shè)備的位置情況反映到后臺軟件系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時掌握隧道內(nèi)人員、設(shè)備的分布狀況及其運動軌跡，以便于更合理的調(diào)度管理。而當事故等緊急情況發(fā)生時，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，及時采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

實時人員定位：當隧道施工人員進入隧道以后，在任何時刻任意位置，定位基站都可以感應(yīng)到標簽卡的信號，同時上傳到監(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、時間等），服務(wù)器將做好備份，并將實時動態(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（施工人員按下定位標簽上的警報按鈕、監(jiān)控人員有專門軟件報警指示鍵或緊急按鈕等）；同時，各級動態(tài)顯示界面、后臺會立即觸發(fā)緊急事件并上報，同時做好記錄。

人員軌跡回放：通過定位基站的數(shù)據(jù)進行一定的軟件處理，可以將一段時間內(nèi)各人員的運動軌跡進行實時顯示，回放追溯，進一步可以細分到具體區(qū)域，具體班組/個人的追蹤記錄，方便日常的管理和匯總歸納。

二、產(chǎn)品性能特點

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

識別功能

l 精確型定位卡，識別精度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 單分站可最多同時識別120張標識卡；

l 識別穩(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

l 超低功耗，采用可更換電池的可連續(xù)正常工作18個月以上；

l 自動化識別，對礦工工作無影響；

l 專用工業(yè)頻段，對其他無線環(huán)境無影響，安全健康。

三、UWB定位原理及優(yōu)勢

此定位系統(tǒng)是基于時間差雙向定位技術(shù)TOF，即通過信號在空中飛行時間及電磁波光速的特性，計算出移動標簽與讀卡分站間距離，再通過一些算法定位標簽位置，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，進行人員的定位判斷，同時利用動態(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以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級的帶寬。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強、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。

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（建議二襯臺車進洞后安裝定位基站），安裝高度3-4m，全線定位時建議間隔500m安裝一臺基站，注意區(qū)分天線方向（否則定位方向會反），盡量遠離金屬（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內(nèi)。

注：此圖僅供參考

五、隧道人員UWB定位核心功能

5.1實時人員/設(shè)備位置顯示

注：此圖僅供參考

5.2考勤統(tǒng)計

注：此圖僅供參考

5.3實時報警撤離

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，對所采集到的的信息進行處理、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

精確定位識別距離：630M(直巷道情況)，最遠測試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別卡，使用TOF/TDOA技術(shù)，可以滿足120張卡同時與定位分站通信。可以達到精度30CM的巷道精確定位功能，識別距離能達到最遠630米，工況條件下測試完全滿足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，最遠測試700米

工作頻率：3~5GHz

傳輸方向： 雙向

電池使用時間：不少于20天（可充電）

外形尺寸：可根據(jù)具體需求外殼進行訂制。