一、项目背景

野外作业指的是需要在野外环境下开展的各种活动,包括地质勘探、地理测绘、林业巡护、电力维护、野外救援、缉逃追捕、部队作训以及户外探险等等。野外作业人员的作业环境一般比较恶劣,常常位于人迹罕至、手机信号差甚至难以覆盖的地区,由于野外作业人员的定位信息及工作信息很难及时获取,因此给野外作业的工作效率及人身安全造成了严重影响。针对野外作业存在的实际问题和困难,本方案提出了一种北斗+LoRa自组网的人员定位解决方案。

二、方案介绍

（1）野外人员定位现状

     目前，卫星定位是主流的室外定位技术，不过无论是GPS还是北斗，卫星定位只能让自己知道自己在什么位置，一旦在野外发生险情，如果没有其他通讯方式，救援者也不会知道他的位置。

因此，要实现室外人员定位，除了要准备卫星接收端外，还需要通过一些方式回传位置。

    第一种是利用公众无线通信网，也就是手机使用的蜂窝无线网，但是这种网络在野外很多地方都是覆盖空白，在特别偏僻的地方，效果很不好。
    第二种是利用海事卫星系统，所谓的海事卫星D型终端，可以实现利用短报文回传位置，可以与GPS/北斗配合使用。但是这种方案成本高昂，单台定位标签加卫星服务费动辄2万多，短报文处理平台+人员定位系统的价格更是在6-20万之间。

    基于此，深圳华安联大创新科技有限公司推出一种低成本、易部署、精度高的野外作业人员定位系统，系统构成如下：

（2）北斗RTK+LoRa自组网

（图1：系统部署图）

北斗+RTK+LoRa自组网野外人员定位系统分三个部分组成：

感知层：HALD-RH302人员定位卡（支持北斗、LoRa数据传输，定位精度2-5米）

传输层：LoRa基站（5公里远距离数据传输）、无线网桥

平台层：华安联大人员管理系统（人员定位、缺员报警、电子围栏、安全路线规划）

在这套系统，工作人员佩戴RH302人员定位胸卡，直接获取GPS/北斗卫星定位数据，定位卡通过LoRa远距离传输至附近的LoRa从基站。主从LoRa基站利用无线网桥之间的连接功能，将无线信号从一个中继点传递到下一个中继点，实现信号的增强，并形成新的无线覆盖区域，最终所有从LoRa基站将数据传输到主LoRa基站，主基站再通过网线连接中控室电脑，实现LoRa自组网内人员定位。

（图2：LoRa形状组网）

自组网工作原理：

本方案中LoRa自组网次采用形状组网方式，星状组网是由中心节点和终端节点组成。如上图，中间的黑色圈就是中心节点，外部的小圆圈属于终端节点。中心节点就相当的一个网关，也是数据的处理中心。终点节点就是人员定位卡。

第一步：中心节点和终端节点都要支持Lora通讯，而且通讯的参数必须一致，包括频率，数据速率、射频因子等（本方案统一使用sf12扩频因子）。我司HALD-JZ101 LoRa基站支持8路物理RX信道和1路TX信道，RX信道接收灵敏度高至-142dBm，发射功率高达27dBm，可以根据应用场景的需要，配置不同的无线发射功率、信道频点等参数。在本方案种，JZ101搭配无线网桥，信号传输范围达直径5公里，单基站可承载50张定位卡，机身工业级防爆防水适应户外恶劣环境。

第二步:  操作中心节点（网关），让其进入配对模式。在触发终端节点（定位卡）发送Lora无线数据，网关收到无线通讯的数据，解析获取终端节点的设备地址，并存储在中心节点的内存中。

第三步： 第二步操作成功，表示终端节点的设备地址已被中心节点保存，再次触发终端节点发送Lora无线数据，网关就可以识别，并解析终端数据。

RTK工作原理：

差分定位是相对定位的一种特殊应用。

高精度相对定位采用的是载波相位测量定位，而差分定 位则主要采用伪随机码伪距测量定位。

其基本方法是：

1.在定位区域内，于一个或若干个已知点上设置北斗接收机作为差分基站，连续跟踪观测视野内所有可见的北斗卫星伪距。

2. 经与已知距离比对，求出伪距修正值（称为差分修正参数），通过数据传输线路，按一定格式发播。

3. 测区内的所有待定点北斗定位终端，除跟踪观测北斗卫星伪距外，同时还接收差分基站发来的伪距修正值， 对相应的北斗卫星伪距进行修正。

4. 然后，用修正后的伪距进行定位。

5.华安联大的PCF101差分基站配合高精度定位标签，其纠偏定位精度优于3厘米，理论可达毫米级。

三、相关硬件

1.高精度北斗差分定位卡 RH302

产品参数：

定位方式：GNSS/蓝牙/LoRa

通信频率：LTE-TDD:B34/B38/B39/B40/B41

LTE-FDD:B1/B3/B5/B8

GSM:900/1800MHz

首次定位时间：冷启动30s

              热启动1s

定位精度：25px±1ppm（RTK纠偏后，三系统水平，开阔天空）

          2.0m（双系统水平，开阔天空）

3.0m（双系统高程，开阔天空）

RTK测速精度：0.01m（双系统水平，开阔天空）

蓝牙频率范围：2400MHz-2483.5MHz(BLE)

蓝牙发射功率：8dBm到-20dBm(可调)，默认0dBm

蓝牙接收灵敏度：-96dBm(BLE)

外壳材料：环保塑胶

实体按键，可用于紧急报警

振动提醒：支持

外部接口：触点充电与数据接口

内置电池：2500mAh可充电电池

待机时间：2天

防水防尘：IP68级

工作温度：-20℃～75℃ 

防爆等级：Ex ic IIC T6 Gc

2. 高精度RTK差分基站 PCF101

产品参数：

l HALD-PCF101是一款由华安联大自主研发的RTK差分基站

l 支持 BDS、GPS、QZSS、GLONASS 等多系统、多频点

l 支持双频 RTK 算法，可以提供稳定的高质量原始观测量输出以及厘米级高精度定位服务。l l

l 可同时接收多系统多频率信号

l 全面支持北斗三号卫星新信号体制

l 支持 RTCM3.x 原始观测量输出

l 支持毫米级 GNSS 解算精度

l 支持 RTK 算法

l 内置加速度+倾角传感器

l 支持 4G+Wi-Fi 通信，支持扩展 Lora，NB-IoT 通信

3.远距离LoRa基站 JZ101

产品参数：

l 天线类型 N-Female物联网天线

l 供电方式 24VDC，外部直流/POE

l 防水等级 IP67

l 防爆等级 Exib IIC T6GB/Exib D21 IP67 T80 °C

l 无线标准 Lora@470MHz

l 接收频率 470MHz-480MHz

l 发射频率 505MHz-510MHz

l 信道带宽 125 Kbps

l 调制技术 扩频调制+向前纠错技术

l 无线安全 AES

l 发射功率 5dBm-27dBm

l 接收灵敏度 -142dBm

l 工作模式 8路接收信道，1路发射信道

4.人脸识别智能发卡考勤充电柜

产品参数： 

FK403 是一款由华安联大自主研发设计，集人脸识别、发卡、

考勤打卡、身份绑定、充电于一体的智能充电柜，为带有定位功

能的电子胸牌充电，可以分班组轮换充电，配合软件可以实现员

工、访客、车辆管理。l

l   准确率：99.70%

l   识别距离：0.5-2m

l   人脸识别时间：一般<300ms

l   人脸库容量: 1：N , N≤50000  

l   系统：Linux   

二、软件功能介绍

智能人员定位系统也称“智能化二道门人员管理系统”，以人员定位技术为核心，整合访客管理、出入口控制、地图、人脸识别、视频监控数据采集等各种管控技术，提供精准实时定位、轨迹查询、货物跟踪等功能，实现企业安全生产管理智能化！

1）系统功能：

1、人员基本信息管理：支持对人员单位名称、姓名、年龄、工种、培训情况等基本信息进行管理，包括企业人员、承包商人员和访客。

2、人员实时跟踪定位：支持员工、访客、承包商、车辆、物资等精准实时定位，可以分车间、分楼层等不同区域展示人员信息，并支持3D/2D地图自由切换、旋转、缩放展示，且定位精度精度1~5m自由调节。

3、电子围栏管理：人员历史轨迹回放：可检索指定人员姓名，查看其当前的实时位置和活动轨迹，快速获取该人员实时状态，并支持查看该人员的历史活动 轨迹和位置分布，一旦有异情可根据数据追溯事件过程。

4、电子围栏管理：在内厂区电子地图上圈定电子围栏范围，设定围栏生效时间、限定人数等功能，对重大危险源、装卸区等重点区域进行人员限制。

5、智能预警管理：支持车间超员/缺员告警、人员越界告警、SOS报警救助、静止/滞留告警，出现异常情况时系统自动告警，人员遭遇险情时可通过定位胸卡一键呼救。

6、监控视频联动：在实时追踪和历史追踪的同时，皆可联动区域内的摄像头，获取视频画面，快速查看现场情况。

7、智能统计分析：分类显示各区域的人员类型、数量、个人信息以及报警信息等，智能生成图表进行统计分析。

8、设备自检及自动维护：支持一般设备智能管理，出现掉线、故障等异常情况时，系统立即自动报警；支持设备生命周期预警评估、设备检测到期提醒等功能；人员识别卡出现低电情况时也可自动报警。

9、数据平台接口：预留标准化接口，可按企业实际需求与各种平台对接管理，并支持安监局二级数据平台对接，便于监管部门对企业的管理。

10、多功能部署：支持本地网络部署，或者云端部署，根据企业要求，设置网络频段，接入本地网线，保证企业数据安全。