基于UWB技術(shù)的化工廠人員無線定位系統(tǒng)解決方案

丁維齊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2105-5640-4921

摘? 要：化工生產(chǎn)具有易燃、易爆、腐蝕性強(qiáng)、有毒等特點，稍有不慎，很容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。近年來，化工事故頻發(fā)，給國家和企業(yè)帶來不可挽回的損失，其安全管理問題一直是企業(yè)生產(chǎn)過程中的主要難點，國家也因此對化工企業(yè)的監(jiān)管越來越嚴(yán)格。那么，在復(fù)雜的化工生產(chǎn)過程中，如何最大限度地減少突發(fā)事故，成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。本方案采用先進(jìn)的UWB無線定位技術(shù)，實現(xiàn)在化工場景下對人員的高精度定位，實現(xiàn)廠區(qū)人員位置的實時監(jiān)控和精細(xì)化管理，提高廠區(qū)安全管理水平。當(dāng)安全事故發(fā)生時，可在第一時間掌握廠區(qū)人員的分布情況，協(xié)助開展救援工作，大大降低人員傷亡，對挽救人員生命和財產(chǎn)安全具有重大意義。

關(guān)鍵詞：無線定位? UWB技術(shù)? 人員軌跡? 電子圍欄

中圖分類號：TP29? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（a）-0126-03

Design of prepaid remote power management system

DING Weiqi

（Jiangsu Jierui Information Technology Co.， Ltd.， Lianyungang， Jiangsu Province， 222000? China）

Abstract： Chemical production is flammable， explosive， corrosive， and toxic. Little carelessness can easily cause fire and explosion accidents. In recent years， chemical accidents have occurred frequently， causing irreversible losses to the country and enterprises. Safety management has always been the main difficulty in the production process of enterprises， and the country has therefore become more and more stringent in the supervision of chemical enterprises. Then， in the complex chemical production process， how to minimize unexpected accidents has become an issue of increasing concern. This research adopts advanced pulse wireless positioning （UWB） technology to realize high-precision positioning of personnel in chemical scenarios， realize real-time monitoring and refined management of the location of plant personnel， and improve the level of plant safety management. When an accident occurs， the distribution of people in the factory can be grasped at the first time， which will help to quickly carry out search and rescue work， greatly reduce casualties， and is of great significance to saving lives and property.

Key words： Wireless positioning; UWB technology; Personnel trajectory; Electric fence

1? 人員無線定位系統(tǒng)需求

針對化工廠內(nèi)生產(chǎn)危險性大的特點，如何有效地實現(xiàn)對人員的安全管理成為預(yù)防事故發(fā)生的重要考慮因素。人員定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r了解廠區(qū)作業(yè)人員的位置，監(jiān)測其所在位置是否為安全作業(yè)區(qū)，在發(fā)生故障時接收到作業(yè)人員的呼救信息，調(diào)用監(jiān)控查看現(xiàn)場情況，為救援提供現(xiàn)場信息，大大加強(qiáng)了對作業(yè)人員安全工作的規(guī)范和應(yīng)急處置能力，從而減少安全事故的發(fā)生和損失。

2? 人員無線定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)概述

人員無線定位系統(tǒng)，采用先進(jìn)的脈沖無線定位（UWB）技術(shù)，實現(xiàn)在化工場景下對人員的高精度定位[1]。在現(xiàn)場通過部署定位基站，人員佩戴定位標(biāo)簽，定位標(biāo)簽定期與附近定位基站通信，通過接收信號時間差，計算實際物理位置，實現(xiàn)對各工廠人員的實時高精度定位[2]。

（1）最高精度高達(dá)20cm，系統(tǒng)容量大，實時性好。

（2）系統(tǒng)可跨區(qū)域漫游、多樓層定位，自適應(yīng)地實現(xiàn)在二、三維模型上定位。

（3）基于系統(tǒng)定位功能開發(fā)的實時定位、軌跡回放、視頻聯(lián)動、電子圍欄、人員統(tǒng)計等功能，極大方便了工廠的管理。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

人員無線定位系統(tǒng)由現(xiàn)場硬件層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)算法層和應(yīng)用層組成。現(xiàn)場硬件層主要包括定位基站和定位標(biāo)簽;網(wǎng)絡(luò)傳輸層用于將定位基站采集的數(shù)據(jù)回傳到數(shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)算法層實現(xiàn)人員標(biāo)簽的位置計算;應(yīng)用層完成對業(yè)務(wù)層面場景的呈現(xiàn)，方便人員使用、操作與查看。具體架構(gòu)如圖1所示。

3? 人員無線定位系統(tǒng)主要功能

3.1 實時定位

系統(tǒng)支持2D、3D地圖顯示，實時展示人員的位置信息、各區(qū)域內(nèi)的定位人員的數(shù)量統(tǒng)計、定位標(biāo)簽電量、定位標(biāo)簽在線/離線/休眠狀態(tài)等;通過點擊地圖中的定位標(biāo)記，可實時查看人員的詳細(xì)信息;系統(tǒng)支持地圖的縮放和多地圖切換模式，能夠?qū)崿F(xiàn)地圖與監(jiān)控畫面之間的切換。如圖2所示。

3.2 軌跡回放

通過設(shè)定時段或指定區(qū)域的人員活動軌跡，為人員管理提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)查詢的歷史軌跡數(shù)據(jù)，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)管，保障現(xiàn)場生產(chǎn)工作流程符合崗位管理規(guī)范[3]。如圖3所示。

3.3 視頻聯(lián)動

發(fā)生告警事件或?qū)χ付ㄈ藛T進(jìn)行嚴(yán)控時，系統(tǒng)顯示事件或指定人員的具體位置，同時觸發(fā)對應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備，自動調(diào)取現(xiàn)場的實時監(jiān)控畫面。在電子地圖中，選中要查看的攝像頭，視頻監(jiān)控畫面自動切換到該攝像頭的監(jiān)控畫面，便于管理人員查看視頻、了解現(xiàn)場情況[3]。

3.4 人員統(tǒng)計管理

針對化工廠區(qū)，可在數(shù)字地圖上設(shè)置人員統(tǒng)計區(qū)域，系統(tǒng)后臺自動監(jiān)控、統(tǒng)計該區(qū)域各類人員數(shù)量，實現(xiàn)廠區(qū)各區(qū)域的人員數(shù)量分類統(tǒng)計，并以圖形化方式顯示統(tǒng)計結(jié)果。

3.5 報警管理

發(fā)生報警事件時，系統(tǒng)平臺自動記錄報警事件，并發(fā)出報警提示（發(fā)生時間、位置、事件類型等信息），便于管理人員實行應(yīng)對措施[4]。

3.5.1 越界報警

系統(tǒng)對不同管理區(qū)域進(jìn)行權(quán)限劃分，當(dāng)人員進(jìn)入非授權(quán)區(qū)域時，系統(tǒng)立即發(fā)出越界報警提示，同時顯示報警事件的具體位置，便于管理人員及時處理。

3.5.2 脫崗報警

在系統(tǒng)中設(shè)置某一工作區(qū)域內(nèi)的指定工作人員、在崗時段，一旦該區(qū)域內(nèi)無人值守時，系統(tǒng)立即發(fā)出脫崗報警提示，便于管理人員及時查看崗位情況，規(guī)范人員的工作行為。

3.5.3 聚集報警

在系統(tǒng)中設(shè)置聚集報警的區(qū)域、報警觸發(fā)半徑、人員額定聚集量上限，當(dāng)報警觸發(fā)半徑區(qū)域內(nèi)人員數(shù)量超過設(shè)置的額定聚集量上限時，系統(tǒng)立即發(fā)出聚集報警，提示現(xiàn)場人員及時疏散，避免安全事故的發(fā)生。

3.5.4 一鍵求助（呼救報警）

遇到緊急事件時，工作人員通過定位標(biāo)簽發(fā)出求助信號，系統(tǒng)智能顯示該人員的具體位置和對應(yīng)的監(jiān)控視頻，便于管理人員及時了解現(xiàn)場情況，并采取準(zhǔn)確的響應(yīng)措施。

3.6 電子圍欄

在地圖中繪制電子圍欄，并與數(shù)量統(tǒng)計、權(quán)限管理、報警管理等相結(jié)合，當(dāng)非相關(guān)人員進(jìn)入電子圍欄區(qū)域，自動觸發(fā)報警，實現(xiàn)電子圍欄功能，避免事故發(fā)生。

3.7 巡檢管理

依托人員定位數(shù)據(jù)，根據(jù)既定的巡檢點和巡檢路線，當(dāng)巡檢人員未按照預(yù)先的巡檢路線進(jìn)行巡檢時，系統(tǒng)立即發(fā)出違規(guī)巡檢報警提示，規(guī)范巡檢工作，方便管理人員監(jiān)督巡檢工作，保障廠區(qū)的安全生產(chǎn)[5]。

3.8 數(shù)據(jù)可視化分析

系統(tǒng)支持大屏展示，可通過二三維地圖、柱狀圖、折線圖等形式，形象地展現(xiàn)出工廠人員安全管理系統(tǒng)的各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括實時人數(shù)統(tǒng)計、巡檢記錄、告警情況等信息。

4? 人員定位系統(tǒng)特點

4.1 高性能無線數(shù)據(jù)傳輸

大容量：定位數(shù)據(jù)傳輸頻率2S/次時（可設(shè)置），1臺定位基站可容納256臺定位標(biāo)簽同時上傳數(shù)據(jù)。

廣覆蓋：空曠環(huán)境中，定位基站的信號覆蓋半徑為50～100m。

通信加密：定位標(biāo)簽與定位基站、定位基站與定位引擎之間采用高性能加密算法，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)加密傳輸。

4.2 無線施工

微基站采用POE供電設(shè)計，無需鋪設(shè)電源線，快速施工調(diào)試，省事、省力、省心。

4.3 超低功耗

在定位標(biāo)簽正常佩戴情況下，續(xù)航時間可達(dá)40d，連續(xù)工作時間大于320h。

4.4 抗干擾性強(qiáng)

自主創(chuàng)新定位融合降噪算法，抗干擾能力強(qiáng)，適用于室內(nèi)外復(fù)雜環(huán)境。

5? 結(jié)語

本文描述了基于UWB技術(shù)的化工廠無線定位系統(tǒng)實現(xiàn)方案，隨著國家對人員與生產(chǎn)安全監(jiān)管的力度加大，利用人員定位技術(shù)預(yù)知、防范、杜絕安全事故的發(fā)生是趨勢所向。通過UWB技術(shù)對人員實時定位，實時掌握作業(yè)人員在廠區(qū)內(nèi)的位置，實現(xiàn)對廠區(qū)人員的精細(xì)化管理，在發(fā)生安全事故時，系統(tǒng)快速定位人員位置，為緊急救援提供支持，縮短尋找人員的時間，提高救援效率，為化工廠的安全生產(chǎn)提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 王遠(yuǎn)來，呂嘉妮，李佳豪，等.基于UWB的高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].長江信息通信，2021，34（3）：111-114，117.

[2] 周偉江.基于UWB的地下停車場車輛定位系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子制作，2021（2）：10-12.

[3] 丁科宇.基于UWB定位技術(shù)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動的現(xiàn)場作業(yè)管控平臺研究[J].科技風(fēng)，2019（24）：94.

[4] 夏萍萍.基于UWB的煤礦井下人員定位系統(tǒng)研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2019.

[5] 溫?zé)?大數(shù)據(jù)下信息通信數(shù)據(jù)加密技術(shù)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（3）：257-258.

[6] 劉峰，朱正權(quán)，葛敏婕，等.基于UWB超寬帶的電廠人員定位系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī)2021，34（3）：94-96.

[7] 徐敏.基于UWB的井下定位技術(shù)研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2020.

[8] 于鄧波.基于室內(nèi)行人定位軌跡的行為模式識別與分析[D].武漢：武漢大學(xué)，2019.