uwb定位技术的原理及应用场景详解

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  说到定位我们并不陌生,定位技术一直与我们的生活密不可分,比如最常见的车辆导航。 根据使用场景,定位技术分为室内定位和室外定位。 室外定位主要依靠GPS,北斗,GLONASS,伽利略等全球卫星定位导航系统。室内定位技术主要是rfid,蓝牙,wifi,地磁,uwb等无线技术。 今天,我们主要与您分享一下uwb定位技术。uwb定位技术全称Ultra Wide Band,超宽带技术。uwb超宽带技术是一种全新的通信技术,与传统通信技术有极大差异。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收极窄脉冲来实现无线传输,由于脉冲时间宽度极窄,使用的带宽在500MHz以上。 后来,由于uwb定位技术穿透力强、功耗低、安全性高、定位精度高等优势,人们意识到了它在高精度定位领域的价值,uwb在工业定位领域的应用逐渐成为主流。  

一、uwb定位技术的工作原理

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  uwb定位

  

第一步 测距

  双向飞行时间法(TW-TOF,two way-time of flight)每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号,模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号,被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间,从而确定飞行距离S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速)

  TOF测距方法属于双向测距技术,它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下,基于TOF测距方法是随距离呈线性关系,所以结果会更加精准。我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT,那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为:TTOF=(TTOT-TTAT)/2

  

第二步 定位

  通过TOA(到达时间)和TDOA(到达时间差)的方式,测出物体(标签)与几个已知位置的基准点(基站)的距离或者距离差之后,就可以算出标签的位置。

二、UWB定位功能

1、实时高精度定位管理

该功能可实现对于人员、设备、车辆的实时定位管理,查看被定位目标的实时位置、分布区域等信息。比如养老院老人定位监护,防止老人走失;化工厂作业人员定位管理,保障危化区域安全,车辆及设备定位管理等

2、历史轨迹查询

基于UWB定位技术,可随时查看被定位目标在某一时段的历史轨迹,在后台实现直观的回放,比如查看不同工种人员的上岗/离岗时间、在某区域的停留时间等数据,一旦发生突发情况,可通过历史轨迹查询来实现事件追溯。

3、电子围栏

通过在管理后台设置电子围栏,可实现“越界预警、滞留预警、长时间静止预警”等功能。在化工厂,工人误入危险区域,系统会自动发出警报;在养老院中,可预防老人走失的情况;在医院内,可防止病患不遵医嘱走出安全区域引发意外等。

4、一键紧急求助

当厂区某处发生危险(火灾、爆炸等)时,人员第一时间撤离至关重要,时间就是生命。通过在人员随身佩戴的定位卡片上集成“一键求助”功能,当遇到灾情或危险可及时预警;相关人员可依据预警信息获知其位置,便于及时施救。

同时,当人员遇到紧急情况时,通过智能终端上的“一键求助”按钮可以进行及时求助,此时系统软件进行声光报警并第一时间通过短信或微信通知相关人员,可快速锁定报警人员位置,实现快速救援。比如在地铁隧道等工程建设中,通过在隧道中部署实时定位系统,在遇到危险时可依据预警位置、人员分布状况实现高效救援。

5、视频联动

通过将UWB定位系统与视频监控系统相结合,一旦某区域发生预警,例如出入口出现陌生人、人员进入无权限区域、人员接近危险源、人员求救、物资被非法搬离等,系统会立即弹出现场监控画面并进行拍照记录现场情况,为高效决策提供依据。

三、uwb定位技术的应用场景

  智慧电厂

  uwb定位系统实现人、车精确定位,以高仿真三维虚拟电厂作为统一展示平台,接入电厂各生产业务系统数据,建立智慧安全大脑,打造可寻、可视、可防、可控的一体化管控平台,为发电企业安全生产保驾护航。

  智慧工厂

  搭建二维或三维业务功能展现平台,集成现场视频监控、门禁系统,实现工厂人员定位与视频监控和门禁联动,实时掌握全厂人员、车辆、作业信息,提升企业安全管理效率。

  智慧司法

  将UWB定位系统与传统的监管方式相结合,满足司法对访客、指定区域人员更智慧的管理,弥补监管漏洞,极大地降低了管理上的安全风险,进而实现事前预防、事中管控、事后查证等。

  智慧工地

  建立一套实时精准定位系统,联动门禁系统,视频系统,大屏系统等,实现建筑工地、地下隧道/地铁等施工的人员管理,数量统计,行为轨迹追踪,异常告警,提升工地人员的安全管理和生产效率。

  智能仓储

  uwb定位管理系统,实现对于物资的动态管理,帮助仓库库存物资的入库、出库、盘点、查找为一体的流程管理系统,提升现有的仓库货物管理水平。

  UWB定位硬件支持

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  uwb硬件

  UWB定位硬件产品主要包括定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。

  目前uwb定位技术已经成为室内定位领域的新宠与主流,许多场景下都有良好的发挥。魔方智造在经过多方位的考量与实际应用后,也选用了此技术。

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