平臺(tái)背景

隨著工業(yè)信息化的加快，智能化工廠的建設(shè)已迫在眉睫。人員定位管理系統(tǒng)是建設(shè)智能化工廠的重要組成部分，有利于提高生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)成本，保障工人的人身安全和工廠的安全生產(chǎn)。當(dāng)前，智能化人員管理對(duì)定位精度的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的藍(lán)牙、射頻等窄帶無(wú)線電定位精度低，激光定位機(jī)動(dòng)性差，難以滿足要求，針對(duì)以上問(wèn)題，我司自研了UWB超寬帶人員定位管理系統(tǒng)，針對(duì)各種大型庫(kù)區(qū)、電廠、石油、化工及礦山等容易發(fā)生事故的易燃、易爆行業(yè)廠區(qū)對(duì)人員安全保障與人員高效管理的需要，提出智能人員定位管理系統(tǒng)方案。

系統(tǒng)定位精度高達(dá)10~30cm，單站覆蓋200m~300m，單站并發(fā)識(shí)別數(shù)可達(dá)200個(gè)以上。此外，定位終端支持尋呼報(bào)警，并使用基于MEMS的慣導(dǎo)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)識(shí)別技術(shù)，對(duì)人員姿態(tài)進(jìn)行工作飽滿度分析、異常狀態(tài)分析。通過(guò)數(shù)據(jù)管理中心融入各類集團(tuán)內(nèi)部數(shù)據(jù)系統(tǒng)，方便統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，有利于促進(jìn)生產(chǎn)，并對(duì)人員的安全做出有力保障。

平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

智慧安全系統(tǒng)方案致力于為用戶提供卓越有效的管理平臺(tái)和技術(shù)體系，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮用戶的實(shí)際需求，采用先進(jìn)、成熟、穩(wěn)定的技術(shù)，選用基于符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的材料和部件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：

1，先進(jìn)性  

充分應(yīng)用自主研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，基于UWB超寬帶精確定位與慣性定位技術(shù)融合、遠(yuǎn)距離LORA無(wú)線通信及組網(wǎng)等技術(shù)，解決目前廠區(qū)普遍存在并亟待解決的定位精度不高、部署工程量大等問(wèn)題。

2，開(kāi)放性  

在符合通用標(biāo)準(zhǔn)的前提下，堅(jiān)持開(kāi)放性原則，系統(tǒng)提供RS485、CAN、網(wǎng)口、光口等各種接口，便于工廠實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合。

3，可靠性  

在軟硬件選型、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、支撐環(huán)境建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，充分體現(xiàn)可靠性這一原則。保證定位和通信設(shè)備可靠、傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、支撐環(huán)境可靠，保證系統(tǒng)整體穩(wěn)定。

4，經(jīng)濟(jì)性  

充分利用投入資金，有效利用已有資源，設(shè)備選型配置堅(jiān)持價(jià)格比最優(yōu)的原則。在有限的資金空間內(nèi)，發(fā)揮最大的作用，充分完成項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的可靠性、先進(jìn)性和前瞻性。

系統(tǒng)整體方案

如下圖所示，智慧安全系統(tǒng)方案中，UWB網(wǎng)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)關(guān)）與服務(wù)器通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)或wifi通信，將數(shù)據(jù)上傳至云端，供多設(shè)備同步查看管理。網(wǎng)關(guān)與UWB基站（以下簡(jiǎn)稱基站）組成樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，基站可與UWB定位終端（以下簡(jiǎn)稱終端）進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)反向?qū)ず?、主?dòng)報(bào)警等功能。

智慧安全系統(tǒng)方案定位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

終端和基站之間通過(guò)TOF飛行時(shí)間法，進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)距，通過(guò)多點(diǎn)定位算法完成定位，如下圖所示，定位至少需要三個(gè)基站完成，終端和至少三個(gè)基站進(jìn)行測(cè)距，基站將測(cè)距信息加上時(shí)間戳上傳至上位機(jī)，上級(jí)通過(guò)多點(diǎn)定位算法，生成定位坐標(biāo)。系統(tǒng)支持三維空間定位，空間定位需要終端同時(shí)和至少四個(gè)基站發(fā)生測(cè)距。

平面定位原理圖

終端通過(guò)慣導(dǎo)模塊，獲取運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，同時(shí)將電量信息等狀態(tài)通過(guò)基站傳入網(wǎng)關(guān)，基站和網(wǎng)關(guān)同時(shí)將自身狀態(tài)傳入服務(wù)器，運(yùn)行在服務(wù)器上的上位機(jī)，可在線監(jiān)控基站及網(wǎng)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)通信系統(tǒng)向工人發(fā)送尋呼信息，且系統(tǒng)可以接收終端的反向報(bào)警，實(shí)現(xiàn)智能化管理，此外系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備集成藍(lán)牙IC，具備手機(jī)藍(lán)牙查看各個(gè)設(shè)備信息、無(wú)線更新等功能。

技術(shù)總結(jié)

1，智慧安全系統(tǒng)方案采用企業(yè)、園區(qū)、市、省多級(jí)管理的方式，通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享共存，方便統(tǒng)一管理和同步管控，杜絕了企業(yè)違規(guī)做假等現(xiàn)象，提升了多級(jí)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)的效率。

2，企業(yè)平臺(tái)采用軟硬件結(jié)合的綜合系統(tǒng)，作為底層設(shè)備的基礎(chǔ)管理平臺(tái)，承擔(dān)傳感、定位、視頻、流程等數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)上報(bào)的系統(tǒng)任務(wù)。

3，針對(duì)硬件設(shè)備，一方面要求穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面要求對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的建設(shè)改造盡可能的小，同時(shí)方便維護(hù)，推薦使用無(wú)線連接方式。

4，人員定位管理，一般采用藍(lán)牙、WIFI、UWB等室內(nèi)定位技術(shù)，進(jìn)行小區(qū)域范圍內(nèi)的精確定位，并需要配合生物識(shí)別技術(shù)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的鑒權(quán)管理，規(guī)范二道門管理制度。而對(duì)于危化車輛，一般采用GPS/北斗等全球定位系統(tǒng)，配合交通運(yùn)輸管理部門統(tǒng)一進(jìn)行管理。

5，使用GIS、三維視圖、動(dòng)畫等方式，制作演示系統(tǒng)，用于參觀講解，能夠提供較好的視覺(jué)效果。