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基于UWB技术的隧道定位系统
来源:网络 | 作者:华安联大 | 发布时间: 740天前 | 475 次浏览 | 分享到:
隧道人员考勤定位体系是集施工单位施工人员考勤、区域定位、安全预警、灾后急救、日常办理等功能于一体,也是国内技能抢先、运行稳定、规划专业化的施工单位施工现场监测体系。使办理人员可以随时把握施工现场人员、设备的分布状况和每个人员和设备的运动轨迹,便于进行更加合理的调度办理以及安全监控办理。

      公路、铁路隧道的建筑施工环境艰苦恶劣,工种风险系数高,作业人员人数多,使隧道建筑施工企业面对巨大的办理困难,火急需求一种可以高效、准确的人员办理和安全办理体系。归纳来说,隧道人员定位系统需求主要包括人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常办理。


      隧道人员考勤定位体系是集施工单位施工人员考勤、区域定位、安全预警、灾后急救、日常办理等功能于一体,也是国内技能抢先、运行稳定、规划专业化的施工单位施工现场监测体系。使办理人员可以随时把握施工现场人员、设备的分布状况和每个人员和设备的运动轨迹,便于进行更加合理的调度办理以及安全监控办理。


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隧道施工常用的定位技术
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WIFI定位


一般采用“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位(三角定位),提高定位精度。
WiFi定位的最大优点在于无需铺设专门的设备用于定位,用户在使用智能手机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝网络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。

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ZigBee定位


ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术,具有低功耗和低成本的特点,介于射频识别和蓝牙之间,主要面向无线个人区域网。
ZigBee室内定位技术是通过在传感器网络中布置参考节点、移动节点构成系统,参考节点为静态节点,它们发送位置信息和RSSI值给移动待测节点,该节点将数据写入定位模块,分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置,可以减少网络数据工作量和通信延迟的问题,其精度在2m以内,但网络稳定性还有待提高,易受环境干扰。

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UWB(超宽带技术)定位

UWB技术是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。
UWB室内定位技术常采用TDOA演示测距定位算法,即通过信号到达的时间差,通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。


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UWB定位系统硬件设备的部署
通过在隧道内的开挖台车、防水台车、二衬台车、隧道洞口等位置部署定位基站,以及为施工人员佩戴定位标签的方式,来实现对人员、车辆或施工机械(挖掘机、装载机)的精确位置定位,可实现空间一维、二维定位、三维定位。
定位标签附着于定位对象的表面,当标签进入基站的信号覆盖范围内,即自动与基站建立联系,发送电磁波信号来确定标签位置。每一个标签都有唯一的ID号,可通过这个ID号将定位的对象联系起来,使定位基站通过标签找到实际定位的位置。
UWB基站分布于定位区域的几何边缘,并对该区域进行信号覆盖。室内定位基站主要功能就是探测标签的数据信息并上传至服务器进行汇总分析。
一个定位系统一般要由三个以上的定位基站组成,它们可以接收定位终端(即定位标签)发送的UWB信号,并进行互相关系分析,计算信号传播时延,再通过特定的算法计算出待定位标签与基站之间的距离,再通过有线网络或WLAN传递给定位引擎。

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UWB定位系统的应用与功能
深圳华安联大创新科技有限公司,基于定位技术聚焦于安全预防领域,借助大数据、物联网、云计算、AI、BIM、GIS等技术,自主开发了一套定位系统。
在设备数据采集模块中应用了UWB技术,有效提高了工程管理效率、有助于及时处理施工过程中出现的隐患问题,减少安全事故的发生。
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实时定位管理
可视化查看人员、车辆的位置分布,便于工作调遣,提升生产效率;在发生危险时,可依据人员分布位置信息快速救援。
2
长时间静止预警
UWB定位系统具有“静止不动”行为监测功能,当员工处于危险状态(如昏迷)而无法主动报警,静止不动的时间超过了设定的时长,系统会发出预警信息,提醒管理者及时救援,防止无人发现而错失救援最佳时机的情况发生。
3
视频联动
将UWB定位系统与监控设备相结合,还能够实现视频联动的功能。当某区域作业人员主动发起报警求助信息,或是电子围栏被触发,管理人员可查看现场视频画面,便于管理人员第一时间了解现场情况并进行处理,提升应急处理能力,减少事故伤亡。
4
电子围栏
UWB定位系统可对不同区域进行划分,并为对应的工作人员设置进出权限,当人员或物品进入自己权限范围以外的区域时,系统进行预警。电子围栏功能将保证特殊区域的生产安全,使得企业得以正常顺利地运行,提高企业的生产效率和管理水平。
5
移动轨迹追溯
可长时间存储人员、车辆运动轨迹,为事件处理提供决策依据。并且可按人员、车辆或区域回放指定时间段内的人员、车辆的运动轨迹。
6
SOS报警
人员随身佩戴的UWB定位标签具有紧急求助功能,当人员遭遇意外情况,可立即进行按键求救,后台可依据求救位置进行及时救援,减少事故损失与人员伤亡。
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超员/缺员预警
管理后台可设置每个施工区域的限制人数,实现超员预警和缺员预警功能。如果该区域的总人数已经满员或未达标,系统发出预警信息,提醒管理人员及时予以干预。
8
超时预警
当人员或车辆在某个区域滞留时间过长,系统可发出预警信息,防止外来车辆或访客长时间滞留在危险区域,保障区域或人员安全。
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UWB技术的优势

UWB 技术通过超大带宽和低发射功率,实现低功耗水平上的快速数据传输。由于UWB脉冲的时间宽度极短,因此也可以采用高精度定时来进行距离测算。

总的来看,UWB技术具备两个独特的功能优势—精准定位极高的安全性
早在2002年UWB就被美国联邦通讯委员会批准民用,随着工程施工可视化、数字化管理水平的提升,相信未来UWB技术将会更广泛地应用于智能建造领域!