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GNSS+UWB 精确室内定位解决方案

星火源的UWB+GNSS定位系统,其主要的解决的问题是UWB标签在室外没有UWB的地方,可以通过GPS来实现定位,通过运营商的NBIOT网络回传定位信息到定位引擎服务器,通过服务器反馈到用户界面。

在有UWB基站的环境中(无论是室内还是室外),WUB标签的定位数据由 UWB 基站传输到定位引擎服务器进行定位,在室内外地图中展示。在室外没有UWB基站的环境中,北斗 GPS 定位数据通过 NBIOT 传输到定位引擎服务器,在地图中显示位置。北斗GPS 只能用在室外定位。

本文主要针对集成 UWB 和北斗 GPS一体标签和UWB基站的使用。

 

 

简介

G1000标签集成 UWB,NBIOT 和 GNSS 室内外定位技术一体的标签,可以用于室内外 UWB 和室外北斗 GPS 的无缝定位。

室内外 UWB 定位的数据由 UWB 基站传输到后台进行定位,在室内外地图中展示。注意,如果室外也布局 UWB 基站,也是可以再室外定位的。

室外北斗 GPS 定位数据通过 NBIOT 传输到后台,在地图中显示位置。北斗GPS 只能用在室外定位。

 

1.1 UWB  GPS 北斗融合定位架构框图

 

 

基站:要用UWB技术给一个空间做室内定位,必须要预先在该空间安装好定位基站。基站通过UWB信号和定位标签进行通信,实现标签的定位功能。

标签:标签发射UWB信号,与基站相互通信,使标签自身被定位。

定位引擎:环境中的基站实时通过互联网网络将原数数据发送给定位引擎(可能位于本地服务器或云端)。定位引擎运行定位算法,实时计算出待定位标签的坐标位置置。

显示终端:定位引擎计算出的标签坐标,要在显示终端上呈现。终端可能是PC、平板电脑、手机等任意有浏览器的屏幕。

 

软件管理平台

我司定位管理平台,既可以部署在本地服务器,也可以部署在共有云上。

定位管理平台包含几部分主要功能:定位引擎、基站和标签配置、定位呈现和管理。

当定位管理平台部署完毕后,打开任意一种终端(PC、平板、手机等)的浏览器,即可访问。

 

 

 

软件功能

实时精确定位:2D高精度定位展示,运动轨迹拖尾展示(可设置长度)

历史轨迹回放:历史轨迹记录、回放(可加速)

电子围栏管理:多类型区域划定(安全/警告/危险)、多种触发方式(进入/离开/进出)、多种报警方式(屏幕推送/声音提示/邮件/短信/电话)、自动日志记录

灵活标签管理:人员信息设置,低电量报警,异常轨迹提醒,标签分组设置,标签图标设置

多屏便捷查看:中央监控屏幕,PC/Pad/手机多屏显示(无需安装应用程序)

账户权限管理:自助配置管理员/访客账户,账户写操作权限灵活设置

手机自主定位:被定位人员可以用手机微信看到自己的位置

开放API:标签位置坐标,传感器信息(电量等),事件上报(突破围栏等)

摄像头联动:摄像头自动追踪、定位、联动,支持符合ONVIF接口标准的全球主流品牌摄像头

大数据分析:热点分析,位置行为分析,工序效率分析,供应链路径分析等。

 

通信接口

 

接口电平:串口 TTL 电平 3.3V

数据协议:《GEMS 标签配置协议_V1..1_USER.pdf》

硬件连接:MicroUSB 硬件连接器当做串口使用,具体连接方法如下:

 

 

引脚描述

VBUS:5V 充电接口

D-:实际连接到串口 TX,特殊处理 D+:实际连接到串口 RX,特殊处理 GND:地

ID:浮空,用于物理断电,特殊处理

UWB室内外定位地图访问方法

 

北斗 GPS 室外定位地图访问方法

(1)     拔掉标签 MicroUSB 的黑色塞子,让标签处于运行状态,拿到没有 UWB基站的地方

(2)     由于室内楼宇的遮挡,室内 GNSS 基本无法定位,需要走到室外;

(3)    联系销售或者技术人员获取后台账号,登录之后可以在后台管理系统中看到如下:

(4) 查看需要定位的标签是否添加到列表中,只有添加到列表中,才可以在该地图显示该标签的位置,如果没有添加,是不会显示室外定位的位置。

室外成功定位后,如下图显示,可以放大地图查看具体的位置

 

三、GPS和UWB的定位原理:

 

GPS/北斗定位原理:

整个室内定位系统基于UWB(Ultra-Wideband超宽带)技术

 

 

 

UWB信号的        时域波形如上图所示。不同于传统的无线射频信号有固定频率的载波(如蓝牙2.4G),UWB在不发送数据时是完全静态的,要发送数据时才发送宽度很窄(如1ns)的脉冲信号。该窄脉冲在频域上很宽,所以叫超宽带。因为UWB时域信号脉冲较窄,所以在时间、空间上有较大分辨力,比较容易抵抗室内信号传输常见的多径效应(信号因为反射造成的多路径传播)的影响,因此测距和定位精度较高。

我司UWB定位系统通过在固定的基站和移动的标签之间发送UWB无线脉冲来测量飞行时间(差),然后通过类似三边定位等方法,及创新的定位算法,来实现标签的精确定位。在无遮挡情况下,定位误差可以达到10厘米。

、部署实施方法和流程

基站通常安装在墙面高处,或天花板吊顶。

为一个空间做3维定位(平面坐标和高度),至少需要4个基站;

为一个空间做2维定位(平面坐标),至少需要3个基站;

为一个空间做1维定位(线性位置,例如走廊和隧道等),至少需要2个基站。

为一个空间做0维定位(存在性检测,例如小房间),需要1个基站。

实现定位需求所需的最小基站数,我们称为一组基站(例如2维定位的一组基站是3个)。

我司普通室内型基站,彼此间距最大100米,最小5米。

基站安装时需要确保组内基站彼此间目视不要有障碍物遮挡,并且尽量让基站间包含的面积最大(2维定位为例),这样定位精度比较理想。

当空间很大时,布置多组基站即可。

基站需要将定位数据传递给定位引擎。传输路径有:网线、WIFI、4G三种。如果选择4G联网方式,定位引擎需要部署在云端。

 

五、硬件管理平台

我司定位管理平台,既可以部署在本地服务器,也可以部署在共有云上。

定位管理平台包含几部分主要功能:定位引擎、基站和标签配置、定位呈现和管理。

当定位管理平台部署完毕后,打开任意一种终端(PC、平板、手机等)的浏览器,即可访问。