UWB高精度定位落地：UWB（超宽带高精度定位）赋能智慧工厂人/车/物位置感知服务

Posted 2023-03-25 巨视安防

 智慧工厂宜采用基于UWB的场景定位（区域网格化）而非坐标定位

GNSS有全球标准的坐标系WGS84坐标系；各个国家、地方甚至行业也会以WGS84坐标系为参照，定义符合自身需要的坐标系。每种坐标系的映射都会不同程度产生误差。

一、智慧工厂位置感知不适合采用坐标标识

物理空间精准测绘，基站坐标精准标定、相对坐标系和数字孪生平台映射等等问题，都代表了巨大的繁琐施工工作和定位可视化的误差及麻烦。

二、基于UWB信号场景定位

采用出入口、精细网格化、高度、区域覆盖、一维定位的场景化方式描述空间，是智慧工厂 人/车/物位置服务管理的创新和出路。

2.1基于UWB广义出入口场景应用

广义出入口：采用UWB（超宽带）技术实现目标的识别以及进出的实时感知。比如开放式建筑物出入口、开放式停车场、厂区及园区大门、道路/过道、十字路口/丁字路口.

优点：几百人可同时快速通过出入口，相较于目前传统繁琐刷卡或人工识别的实际情况，能安全快速精确识别记录出入情况，可节省大量早晚上下班，上学放学排队时间。

UWB广义出入口智能化管理方案

     基于UWB的广义出入口智能化管理优势

1. 在不具备部署人脸识别的环境中实现人体目标识别

2. 在不具备部署车牌识别环境中实现任何车辆目标识别

3. 不采用RAIN RFID而是电子标签识物体，可以远距离（50米以上）识别物体

4. 除了目标识别，支持实现开放式出入口的人/车/物进出的实时监测；支持宽度超过10米的大门

5. 支持人/车/物随行远距离（50米以上）无感知进出监测

6. 支持多目标（200以上）人/车/物，同时混合进出在线监测

2.2基于UWB精细网格化场景应用

基于UWB的电子信号空间的精细网格化空间管理，实现人/车/物进出的实时监测管理。管理者基于开放式物理空间不同功能或安全管理要求，划分不同的功能区或工作作业面。

1. 比如在办公环境需要区别财务室、会议室、市场部、生存各区域以及仓库各货架等等。

2. 对于生产等工业环境，需要更加不同作业面实现工作管理，或根据安全等级实现区域的安全管理

3. 对于工地、维修、检修等工作环境不断变化的场景，具备移动部署特点的人/车/物的现场区域管理。

精细网格化定位演示用例

 

基于UWB信号的精细网格化空间管理优势

1. 管理空间任意定义，电子空间而非物理隔离空间

2. 实现流动部署，快速应用的移动式工业电子围栏

3. 无需室内空间地图，无需基站坐标的标定

4. 易集成到智慧工厂数字孪生、智能手机等应用平台

2.3基于气压差的高度定位

标签和基站内置大气压传感器以及补偿修正算法，实现高度定位，误差小于基站和标签的高度差10%。高程定位可以确认和实时监测高空作业的发生及进展，支持包括不能单人作业、高空作业的人数限制、区域电子围栏、高空作业全过程电子记录、作业负责人现场就位情况等管理要求的落实。

基于气压差和加速度传感器的高程作业管理优势

1. 气压差高度定位是目前唯一高度测量的技术

2. 高度定位精度50厘米，实时高度定位

3. 标签内置加速度传感器，高空坠落事件实时监测

基于UWB的智能化高空作业现场实时监管解决方案

2.4基于UWB信号的室外区域覆盖

利用UWB信号通讯远距离（150-200米），以及标签到基站的精准测距（精度30厘米），实现UWB室外区域覆盖，远距离感知目标及精准测距的功能。和蓝牙信号相比，UWB信号同时不受天气影响。

2.5基于UWB高精度一维场景定位

地下管廊空间的人/车一维定位、以及地上一些狭窄空间、或者可接受按道路实现人/车轨迹定位、地上多辆车辆一排以及仓口/垛口车辆定位管理，这些场景应用可考虑采用一维场景定位实现。 

仓口/垛口车辆定位管理

一维定位优势：

1. 一维定位是将道路/路线按照分段直线方式定义，采用每个直线段位置定位。

2. 基于UWB基站通讯距离远（150米-200米），以及测距精度高（30厘米），采用两个相邻基站的测距值实现标签在两个基站之间位置的定位。

3. 相比二维的三角定位，一维定位算法简单、稳定，可信度高、落实性强。

除非是空旷的环境，否则考虑工业现场环境的复杂性，尽量不要去尝试二维坐标定位。

UWB高精度定位落地：UWB（超宽带高精度定位）赋能智慧工地空间位置服务-人员车辆物资定位

 

 智慧工地通过物联网、大数据、云计算、人工智能等一代信息通信技术，对施工现场人员管控、物料管理、边界预警、可视化运营等不同环节，

一、问题和挑战：

智慧工地无论是网络通讯、视频监控、还是位置监控的需求，都是随着工地建设逐步推进。环境和空间伴随着建设不断变化，通讯、视频监控以及位置监控设备尽可能快速适应，并且最大化多次使用和快速部署。

二、位置需求及解决方案：

施工区域：工地工作作业面；非施工区域：工地非施工作业面

1. 人员定位-施工区域及非施工区域位置信息

2. 车定位-施工区域及非施工区域位置信息

3. 物资-施工区域及非施工区域位置信息

4. 人/车之间施工区域相对安全距离

5. 施工区域危险区域安全电子围栏

6. 人员及车辆施工区域实时工地分布情况

传统TDOA三角定位解决方案弊端：

1. 需要工业现场的地图测绘，由于很多工地都是在不断施工中，无法一开始就建立全貌的地理信息地图；

2. 定位基站坐标需要精准标定。由于整个施工过程是不断推进，基站根本不具备坐标标定的可能性；

3. 伴随工地施工进展，传统方案也不支持定位基站移动和快速部署的特点；

4. 每个定位点都必须保证至少三个基站可视，才能实现电子围栏的功能，工地现场环境无法保证；

5. 需要在现场部署算法引擎服务器作为定位解算，不支持前端基站定位解算，需要通过部署本地服务器上云，工地项目没有办法落地；

6. 传统定位厂家UWB定位基站不支持WiFi\\4G，LORA等窄带物联网就更不支持，需要采用有线网络通讯，工地现场部署工作量极大；

工地施工区域随着作业面不断调整和推进，施工区域实现精细网格化定位管理，实现人员\\车辆的精细化区域管理以及安全电子围栏功能。工地非施工区域利用定位基站实现大范围区域覆盖，实现及基站为中心的网格化管理。

方案优势：

1. 方便部署、高性价比；可多次使用，具备移动快速部署特点；

2. 供电及通讯问题：采用无线通讯的方式，推荐蜂窝通讯4G网络，或者LORA无线自组网；

3. 管理平台可部署在云端，现场无需部署服务器；

4. 定位基站支持大范围覆盖（200-300米半径），基站可以移动部署；

5. 基站供电：外部供电，地上可以采用太阳能供电，地下可以电池供电；节电工作模式；

6. 基站通讯：地面可以基于4G/WIFI，地下可采用基于LoRa自组网；

7. 基于场景化定位，而非传统坐标定位：无需现场地图测绘，无需定位基站坐标标定；

实现数字化、网络化、智能化管理。

基于UWB高精度定位技术的精细网格化区域定位，可以解决智慧工地位置管理痛点：

1. 无需现场工地的地理信息测绘，可以完全脱离地图使用

2. 支持工地不断推进，基站和定位系统快速移动部署及实施

3. 适用任何复杂的工业环境，定义任意多个管理区域网格，最小区域网格3平方米，最大区域网格150*150平方米

4. 定位网格区域无需基站可视，只需收到UWB信号即可

5. 区域边界采集定义，简单、直观、准确、任意定义，可以脱离地图完成

6. 定位基站数量不及传统TDOA方案的五分之一，定位基站无需坐标标定，实施成本更是大大降低

7. 定位基站内置定位算法，现场无需定位引擎服务器

8. 定位基站支持WiFI、4G以及LORa无线通讯，对于复杂的地下空间，可以采用LORA无线通讯上报定位结果信息

9. 定位基站支持MQTT接口方式上报位置信息，方便和智慧工地大平台集成

   人员实时区域定位：随时查看施工人员的实时区域位置、人员动态、各个工种的分布情况等信息，便于管理人员及时掌握相关信息，确保人员安全，提高调度效率。

   人员移动追踪：对于工作的考核、岗位监管方面，进出某区域的时间、在某区域停留时长等数据，便于监督管理，优化工作流程。

   物资区域定位管理：保护贵重物资、防护危险品的功能。通过定位物资区域位置，可对物资进行高效管理，提高调用效率。

   车辆区域定位管理：运输车辆的基于GPS/北斗的车辆轨迹管理，以及基于区域定位技术的区域精准定位，实现车辆的施工区域管理。

   区域安全电子围栏：危险区域设置电子围栏，人员未经授权进入该区域、超时滞留或者长时间静止不动，系统会发出预警信息，提醒管理人员关注人员安全，防止发生施工意外。

   区域岗位考勤：施工人员定位系统可查看人员的上岗/离岗时间、工作时长、工作内容是否达标等数据，方便管理人员进行统计，实现智能考勤与工作考核。

   区域数据统计：统计在线总人数、动态分布、可以在LED显示大屏上自定义投放需要展示的相关数据，比如施工现场各个类型施工人员的数量、各区域分布的人员数量等信息，便于人员调度与施工项目进度的查询与管理。

   精细网格化定位系统的快速移动部署特点，适用智慧工地进度不断推进过程中，现场人/车/物实时定位以及电子围栏、区域数据统计等功能，是智慧工地位置服务的最佳性价比解决方案。