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采石场UWB+GNSS定位解决方案
一、需求背景
随着我国经济建设的飞速发展，市场发展和需求不断加大，我国的采石制沙企业都向着大型自动化发展，危险场景也在不断增加。矿区所面临的一些问题如下
1.石制沙场景，车间占地面积很大，部分区域为多层式钢结构，具有大型设备，中间有许多的重要设备巡检点，日常作业中也存在一些登高作业，使得危险系数加大。
2.沙石的运输过滤等场景，具有人员或车辆等被埋等危险。针对此问题提出在车间安装一套人员定位管理系统，以此提高生产安全管理水平和效率，降低安全事故发生的概率。安全管理是重中之重。
3.在工地的现场施工作业中，存在着人员流动性大、现场状况杂乱、安全隐患难以察觉等问题。若没有系统化的实时监控，无法保证不会出现错漏从而造成安全隐患。
项目主要特点如下：
- 采区为露天作业，矿区面积较大，室外采用GNSS 室外定位。
- 深度加工区主要为室内作业，采用室内 UWB 精准定位方式。
- 对整个企业生产区进行人员实时定位。定位人员数量为>200 人。
二、技术方案
针对以上问题星火源依照场景的不同，提出使用UWB+GNSS定位的方式来现实矿区的人员的定位与管理。采用GNSS + UWB技术，利用UWB超宽带技术实现精确定位，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；室内通过基站对整个车间的覆盖，工作人员佩戴标签，实现车间巡检人员的定位，保障人员安全，规避操作隐患。以人员和车辆位置数据为基础，实现人数统计，巡检轨迹，电子围栏告警，车辆防撞，直观及时地反映现场情况、人员状况，提高人员安全保障的力度及效率。
星火源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30厘米。
三．方案实现
定位将分为室外定位和室内定位两大类，一类是以 UWB 为代表的室内高精度定位技术，另一类是以GPS 为代表的室外定位技术。其中GPS 定位技术在室内信号弱且定位精度大于 5 米，不作为室内定位技术使用，适合对精度要求不高的室外区域。室内人员较室外密集，基于作业安全，对人员定位精度也提出更高要求，UWB 技术定位精度小于 30 厘米，可作为室内定位优先选择的技术。结合普遍存在的室内外作业场景和人员安全管理要求，可通过融合 室内UWB 与室外GPS，从根本满足企业在室内和室外两大场景中对位置服务的需求。如实时监控、轨迹回放、电子围栏、基站管理、标签管理、自动报警等功能.
1.【矿区车间】【石料堆】等室内场景中的人员定位，结合具体情况采用二维、一维和存在性定位三种部署模式。其中， 【石料堆】等相对空旷的大空间的人员定位，采用二维定位的方式，可以实现人员在该区域平面图上任意位置的精准定位。使用二维定位方案，建议采用 4 个定位基站围成 1 个正四边形作为一个信号覆盖区域单元，整个空间由多个四边形区域完成覆盖，遮挡严重情况下每个信号覆盖区域单元的基站彼此间距不超 10 米。
【物料井】等小空间处进行存在性监测，通过安装一个基站，对进入该区域的人员进行提醒告警。
主要室内区域通过安装工业定位基站，对进入该区域佩戴人员定位标签的工作人员进行人员定位。基站可以吊装于吊顶下方，安装位置距离吊顶距离不低于30厘米。
组网方式
所有布设基站通过光纤或者网线同服务器连接在同一个局域网里实现组网，定位基站可采用 POE 交换机供网供电。组网如下：
系统组成：
模块功能说明
UWB 定位系统组成：基站、标签、定位引擎、显示终端。
定位基站：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。
定位标签：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。
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。
星火源定位管理平台，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
定位基站
定位标签（UWB）
| 参数说明 | G1000(工卡型) | 参数说明 | G1001（资产型） |
|
尺寸 |
86mm x 54mm x 7.4mm | 尺寸 | 50mm × 50mm × 20mm |
| 重量 | 40g | 重量 | 60g |
| 电池寿命 |
1.>6 个月 (UWB 1HZ) 2. >3 天 (UWB1HZ 和GNSS 5 分钟 1 次) |
电池寿命 |
1.>6 个月 (UWB 1HZ) 2. >3 天 (UWB1HZ 和GNSS 5 分钟 1 次) |
| 锂电池容量 | 600mah | 锂电池容量 | 600mah |
| 充电时间 | ~1.5h | 充电时间 | ~1.5h |
| 充电电流 | 400ma | 充电电流 | 400ma |
| UWB定位频率 | 0.01~100HZ | UWB定位频率 | 0.01~100HZ |
| UWB 通信距离 | >100m | UWB 通信距离 | >100m |
| UWB 定位方法 | TOF， TDOA | UWB 定位方法 | TOF， TDOA |
| UWB 定位精度 | 10~30 厘米 | UWB 定位精度 | 10~30 厘米 |
| GNSS 定位精度 | <5 米（北斗/GPS） | GNSS 定位精度 | <5 米（北斗/GPS） |
| 室外联网方式 | NBIOT | 室外联网方式 | NBIOT |
| 屏幕显示 | OLED（选配） | 屏幕显示 | OLED（选配） |
| 心率检测 | 选配 | 心率检测 | 选配 |
| 工作温度 | -30~65 度 | 工作温度 | -30~65 度 |
| 储存温度 | -40~85 度 | 储存温度 | -40~85 度 |
| 防护等级 | IP65/IP67(防水)可选 | 防护等级 | IP65/IP67(防水)可选 |
软件后台
星火源定位管理平台，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。
定位基站及系统可远程维护升级，无需拆卸
定位引擎支援云端部署，减少部署复杂度
网管软件配置
基站管理
基站编辑→双击基站列表内需要编辑的基站或者地图上基站图标→修改基站别名/所属地图→或设置基站位置→ 设置基站所属地图点击地图中设置坐标→然后点击地图中位置→粗略调整基站位置。也可输入准确位置，设置精准位置
注意：基站的坐标直接影响到定位的准确度，如果基站的坐标不准确则直接导致 定位不准，请确保基站的坐标精度在 10 厘米以内.
标签管理
标签操作→点击标签列表→双击列表内需要操作的标签或点击需要操作的标签图标→修改标签别名→所属分组或类型等→同一网段内可手机扫描标签二维码，实现手机端自我位置查看→点击地图跟随→实现地图跟随指定标签移动
北斗 GPS 室外成功定位显示0000009
部分安装现场图
