基于UWB技术的化工厂人员无线定位系统解决方案

丁维齐

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2105-5640-4921

摘  要：化工生产具有易燃、易爆、腐蚀性强、有毒等特点，稍有不慎，很容易发生火灾、爆炸事故。近年来，化工事故频发，给国家和企业带来不可挽回的损失，其安全管理问题一直是企业生产过程中的主要难点，国家也因此对化工企业的监管越来越严格。那么，在复杂的化工生产过程中，如何最大限度地减少突发事故，成为人们日益关注的问题。本方案采用先进的UWB无线定位技术，实现在化工场景下对人员的高精度定位，实现厂区人员位置的实时监控和精细化管理，提高厂区安全管理水平。当安全事故发生时，可在第一时间掌握厂区人员的分布情况，协助开展救援工作，大大降低人员伤亡，对挽救人员生命和财产安全具有重大意义。

关键词：无线定位  UWB技术  人员轨迹  电子围栏

中图分类号：TP29                           文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（a）-0126-03

Design of prepaid remote power management system

DING Weiqi

（Jiangsu Jierui Information Technology Co.， Ltd.， Lianyungang， Jiangsu Province， 222000  China）

Abstract： Chemical production is flammable， explosive， corrosive， and toxic. Little carelessness can easily cause fire and explosion accidents. In recent years， chemical accidents have occurred frequently， causing irreversible losses to the country and enterprises. Safety management has always been the main difficulty in the production process of enterprises， and the country has therefore become more and more stringent in the supervision of chemical enterprises. Then， in the complex chemical production process， how to minimize unexpected accidents has become an issue of increasing concern. This research adopts advanced pulse wireless positioning （UWB） technology to realize high-precision positioning of personnel in chemical scenarios， realize real-time monitoring and refined management of the location of plant personnel， and improve the level of plant safety management. When an accident occurs， the distribution of people in the factory can be grasped at the first time， which will help to quickly carry out search and rescue work， greatly reduce casualties， and is of great significance to saving lives and property.

Key words： Wireless positioning; UWB technology; Personnel trajectory; Electric fence

1  人員无线定位系统需求

针对化工厂内生产危险性大的特点，如何有效地实现对人员的安全管理成为预防事故发生的重要考虑因素。人员定位系统能够实时了解厂区作业人员的位置，监测其所在位置是否为安全作业区，在发生故障时接收到作业人员的呼救信息，调用监控查看现场情况，为救援提供现场信息，大大加强了对作业人员安全工作的规范和应急处置能力，从而减少安全事故的发生和损失。

2  人员无线定位系统结构

2.1 系统概述

人员无线定位系统，采用先进的脉冲无线定位（UWB）技术，实现在化工场景下对人员的高精度定位[1]。在现场通过部署定位基站，人员佩戴定位标签，定位标签定期与附近定位基站通信，通过接收信号时间差，计算实际物理位置，实现对各工厂人员的实时高精度定位[2]。

（1）最高精度高达20cm，系统容量大，实时性好。

（2）系统可跨区域漫游、多楼层定位，自适应地实现在二、三维模型上定位。

（3）基于系统定位功能开发的实时定位、轨迹回放、视频联动、电子围栏、人员统计等功能，极大方便了工厂的管理。

2.2 系统总体架构

人员无线定位系统由现场硬件层、网络传输层、数据算法层和应用层组成。现场硬件层主要包括定位基站和定位标签;网络传输层用于将定位基站采集的数据回传到数据中心;数据算法层实现人员标签的位置计算;应用层完成对业务层面场景的呈现，方便人员使用、操作与查看。具体架构如图1所示。

3  人员无线定位系统主要功能

3.1 实时定位

系统支持2D、3D地图显示，实时展示人员的位置信息、各区域内的定位人员的数量统计、定位标签电量、定位标签在线/离线/休眠状态等;通过点击地图中的定位标记，可实时查看人员的详细信息;系统支持地图的缩放和多地图切换模式，能够实现地图与监控画面之间的切换。如图2所示。

3.2 轨迹回放

通过设定时段或指定区域的人员活动轨迹，为人员管理提供数据支撑。根据查询的历史轨迹数据，实现现场监管，保障现场生产工作流程符合岗位管理规范[3]。如图3所示。

3.3 视频联动

发生告警事件或对指定人员进行严控时，系统显示事件或指定人员的具体位置，同时触发对应的监控设备，自动调取现场的实时监控画面。在电子地图中，选中要查看的摄像头，视频监控画面自动切换到该摄像头的监控画面，便于管理人员查看视频、了解现场情况[3]。

3.4 人员统计管理

针对化工厂区，可在数字地图上设置人员统计区域，系统后台自动监控、统计该区域各类人员数量，实现厂区各区域的人员数量分类统计，并以图形化方式显示统计结果。

3.5 报警管理

发生报警事件时，系统平台自动记录报警事件，并发出报警提示（发生时间、位置、事件类型等信息），便于管理人员实行应对措施[4]。

3.5.1 越界报警

系統对不同管理区域进行权限划分，当人员进入非授权区域时，系统立即发出越界报警提示，同时显示报警事件的具体位置，便于管理人员及时处理。

3.5.2 脱岗报警

在系统中设置某一工作区域内的指定工作人员、在岗时段，一旦该区域内无人值守时，系统立即发出脱岗报警提示，便于管理人员及时查看岗位情况，规范人员的工作行为。

3.5.3 聚集报警

在系统中设置聚集报警的区域、报警触发半径、人员额定聚集量上限，当报警触发半径区域内人员数量超过设置的额定聚集量上限时，系统立即发出聚集报警，提示现场人员及时疏散，避免安全事故的发生。

3.5.4 一键求助（呼救报警）

遇到紧急事件时，工作人员通过定位标签发出求助信号，系统智能显示该人员的具体位置和对应的监控视频，便于管理人员及时了解现场情况，并采取准确的响应措施。

3.6 电子围栏

在地图中绘制电子围栏，并与数量统计、权限管理、报警管理等相结合，当非相关人员进入电子围栏区域，自动触发报警，实现电子围栏功能，避免事故发生。

3.7 巡检管理

依托人员定位数据，根据既定的巡检点和巡检路线，当巡检人员未按照预先的巡检路线进行巡检时，系统立即发出违规巡检报警提示，规范巡检工作，方便管理人员监督巡检工作，保障厂区的安全生产[5]。

3.8 数据可视化分析

系统支持大屏展示，可通过二三维地图、柱状图、折线图等形式，形象地展现出工厂人员安全管理系统的各类统计数据，包括实时人数统计、巡检记录、告警情况等信息。

4  人员定位系统特点

4.1 高性能无线数据传输

大容量：定位数据传输频率2S/次时（可设置），1台定位基站可容纳256台定位标签同时上传数据。

广覆盖：空旷环境中，定位基站的信号覆盖半径为50～100m。

通信加密：定位标签与定位基站、定位基站与定位引擎之间采用高性能加密算法，实现无线数据加密传输。

4.2 无线施工

微基站采用POE供电设计，无需铺设电源线，快速施工调试，省事、省力、省心。

4.3 超低功耗

在定位标签正常佩戴情况下，续航时间可达40d，连续工作时间大于320h。

4.4 抗干扰性强

自主创新定位融合降噪算法，抗干扰能力强，适用于室内外复杂环境。

5  结语

本文描述了基于UWB技术的化工厂无线定位系统实现方案，随着国家对人员与生产安全监管的力度加大，利用人员定位技术预知、防范、杜绝安全事故的发生是趋势所向。通过UWB技术对人员实时定位，实时掌握作业人员在厂区内的位置，实现对厂区人员的精细化管理，在发生安全事故时，系统快速定位人员位置，为紧急救援提供支持，缩短寻找人员的时间，提高救援效率，为化工厂的安全生产提供保障。

参考文献

[1] 王远来，吕嘉妮，李佳豪，等.基于UWB的高精度室内定位系统[J].长江信息通信，2021，34（3）：111-114，117.

[2] 周伟江.基于UWB的地下停车场车辆定位系统设计与实现[J].电子制作，2021（2）：10-12.

[3] 丁科宇.基于UWB定位技术与视频监控系统联动的现场作业管控平台研究[J].科技风，2019（24）：94.

[4] 夏萍萍.基于UWB的煤矿井下人员定位系统研究[D].西安：西安科技大学，2019.

[5] 温炜.大数据下信息通信数据加密技术研究[J].电子技术与软件工程，2021（3）：257-258.

[6] 刘峰，朱正权，葛敏婕，等.基于UWB超宽带的电厂人员定位系统设计[J].工业控制计算机2021，34（3）：94-96.

[7] 徐敏.基于UWB的井下定位技术研究[D].南京：南京邮电大学，2020.

[8] 于邓波.基于室内行人定位轨迹的行为模式识别与分析[D].武汉：武汉大学，2019.