基于“控制投入规模、保障核心车间、实现厂区覆盖”的原则进行,采用“UWB/蓝牙双模融合定位”的模式实现,蓝牙定位与uwb定位区别和相互配合使用场景案例方案介绍。
一、项目目标
UWB/蓝牙双模融合定位”是当今业界的定位方式,它很好的实现了基于定位精度的定位安全管理,和基于覆盖范围的定位跟踪的融合。包含:
(1)基于UWB的高精度定位能力,用于实现基于安全的实时定位,定位精度可达到15厘米-30厘米,实现实时的安全定位管理,限度避免安全事故的发生。
(2)基于蓝牙的广覆盖定位追踪能力,用于室外对用户追踪时提高单个设备的覆盖范围。
蓝牙定位的技术特性决定了其误差达到3米-5米,通过软件优化可依靠惯性修正,实现估算式的轨迹跟踪。因蓝牙定位大偏差的特性,此方式适用于精准度要求不高的室外定位,不能使用在生产场景中。
(3)融合定位的能力:因本次项目投入受限,为保障的部署灵活性,采用UWB和蓝牙双模同设备的方式,提供更强的部署灵活性,同时也保障了未来发展中设备融合的需要。
“UWB/蓝牙双模融合定位”方案的目标设定:
高精度室内定位 | 生产车间/厂房实现UWB高精度定位,定位精度达到30厘米,实现生产安全的定位保障。 |
广覆盖室外定位 | 厂区道路的蓝牙广范围覆盖,牺牲定位的精度和实时性,提高单设备的定位覆盖距离,以更少的设备投入实现尽量大的覆盖范围。 |
UWB/蓝牙一机双模 | 同一台设备同时具有UWB和蓝牙的双模定位功能,在当前投入受限的情况下,通过设备的通用性,提供高、低精度覆盖灵活规划调整的能力。 |
二、方案总体设计
1、主要定位技术
(1)UWB定位系统
UWB是一种采用基于超宽频无载波通信原理实现定位的技术,UWB技术利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在100米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。
UWB技术抗干扰性能强,传输速率高,系统容量大。UWB系统发射功率非常小,通信设备可以用小于1mW的发射功率实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且,发射功率小,其电磁波辐射对人体的影响也会很小。
UWB定位由于精度较高,一般采取被动式进行定位,定位标签只执行简单的发送UWB信号功能,具体位置由UWB定位基站在接收到UWB信号后交由后台运算得出。此方式极大减轻定位标签计算自身位置的算力消耗,实现长续航的目的。
(2)被动式蓝牙定位
被动式蓝牙定位系统的标签同样不具备自主进行运算,只是持续向外发射蓝牙信号的能力。典型的被动式蓝牙定位系统由蓝牙定位基站和蓝牙定位标签(胸卡、手环、标签等)组成。
定位基站接收到蓝牙设备发出的信息后通过服务器的运算后,在展示平台实时了解人员和物品位置的。此定位系统多用于后台定位监控前台人或物的使用。由于无需定位标签具备运算能力,此方式定位标签待机时间长,广泛应用于工厂道路定位、单位访客管理、养老院等场景。
(3)主动式蓝牙定位
主动式蓝牙定位是通过手持设备(手机、平板等)扫描iBeacon基站,进行定位的方式。
主动蓝牙定位要求定位设备本身具有强大的计算能力,通过“发现beacon”、“执行计算”、“上传计算结果”等步骤。
beacon作为低功耗蓝牙的代表,其实际是大幅缩减了传输功率。在传输距离较远时,低功率信号因衰减会产生较大漂移,因beacon的这一特性,beacon定位网络在beacon部署的时候虽然号称覆盖50米范围,但实际上在50米范围的基础上是需要至少6个beacon以上才能达到标称精度,
这也是实际工程中的蓝牙beacon实际需要10米左右就布设一个的原因,即使是这样部署beacon,这种测距方式的理想定位精度也不过达到1-2米,在一些锅炉、洗炼池、人机混合区的工业场景下,1米的定位精度根本不能避免危险性。
2、项目技术选择
本项目在室内采用UWB厘米级定位,在室外厂区主要道路采用定位精度3-5米的蓝牙定位解决。前者可以提供工业生产安全管理所需要的高精度定位,后者可提供厂区道路广覆盖的能力。
(一)UWB/蓝牙融合定位基站
本项目具有资金投入小,定位覆盖区域广,并且包含了车间定位等特点,为保障项目的成功,且为保障项目具有可扩展性,经请示特批,本项目使用UWB/蓝牙融合定位基站为项目提供保障。
1、灵活部署能力
本项目投资金额较小,覆盖厂房/车间较多,且存在锅炉需要进行定位的情况,为满足锅炉、转炉、余热发电具有复杂的结构,其规划定位基站数量与实际工程数量有可能出现较大调整。UWB/蓝牙双模融合定位的方式,限度的保障了室内定位基站和室外定位基站的通用性,提供了灵活部署的能力,限度保障项目的成功。
2、灵活切换能力
UWB/蓝牙双模融合定位基站在同一个设备中,同时具有UWB和蓝牙两种定位功能,用户可通过设置,使设备运行在UWB或蓝牙任一模式下,提供了灵活的切换能力。在定位精度需要提高/降低时,无需更换基站,只需通过设置使设备运行在UWB/蓝牙模式下,即可实现切换定位方式的目的,具有高度的灵活性。
3、无缝扩展能力
基于融合基站UWB和蓝牙一体的特性,当前工厂“室内UWB、室外蓝牙”的要求可满足。在此基础上,如果厂里需要将室外定位调整为UWB以提高精度,或者扩大室外定位覆盖范围时,只需要接入新的融合定位基站并进行设置,即可达到无缝扩容的目的,无需像单一UWB基站或单一蓝牙基站那样,陷入模式不可调、覆盖范围无法扩大的情况。
(二)典型场景的技术实现
整个厂区包含以厂区道路和变电站为代表的室外开阔室外定位场景、以车间为代表室内厂房定位场景,和以锅炉楼塔为代表的开放式楼塔定位场景等三大类典型定位场景。
1、开阔室外定位场景
生产厂区的公共区域依托蓝牙定位,能实现轨迹跟踪、电子围栏进入报警功能。人员进入危险区域信息中心会收到报警,提醒及时制止危险。
室外定位基站通过设置运行在蓝牙模式下,通过提高基站的蓝牙发射功率,主动对胸牌进行发现,可提供更高的基站覆盖半径,同时减少胸卡信息回复的耗电量。
2、室内厂房定位场景
室内厂房往往具有较强的规范性。厂房内往往设备较多,情况相对复杂,但空间上遮蔽不是太严重,增加基站情况下可以适应。高层的设备较少,可按常规部署基站,并使基站运行在UWB模式下即可。
3、开放式锅炉/转炉定位场景
锅炉/转炉是易门铜业最复杂的开放式楼塔场景,以锅炉楼塔为例可清楚的确定UWB定位的技术可行性。
锅炉塔具有相对复杂的结构,每层之间均为水泥隔板隔断,旁边为开放式、电磁波可穿透控件。整个锅炉塔的结构为一圈走道(平台)围着一个从上到下的巨大锅炉设备。
基于该锅炉楼塔以上两点较为复杂的情况,场景会发生UWB微波的楼层穿透,导致无法定位人员在哪个楼层,和开放式楼塔结构复杂的UWB基站部署问题。