一城一北斗|基于北斗、UWB、 藍(lán)牙定位人員定位系統(tǒng)在化工廠應(yīng)用

申報(bào)單位：國(guó)能榆林化工有限公司

聯(lián)合申報(bào)單位：

主要完成人：馬光顯、楊信

一、案例簡(jiǎn)介

近年來(lái)隨著國(guó)家政策的要求和企業(yè)自身管理需求，人員定位系統(tǒng)已成為化工行業(yè)提升管理效率、保障 安全運(yùn)營(yíng)的重要工具。對(duì)于化工企業(yè)而言，安全生產(chǎn)至關(guān)重要，人員定位系統(tǒng)的應(yīng)用更是不可或缺。不同 的定位技術(shù)原理各異，其性能和適用場(chǎng)景也有所不同。國(guó)能榆林化工根據(jù)國(guó)產(chǎn)化和北斗定位需求，建立了 基于北斗、UWB、藍(lán)牙定位的人員定位系統(tǒng)。RTK或稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，關(guān)鍵在于實(shí)時(shí)處理信號(hào)差

異以修正定位誤差。北斗RTK系統(tǒng)不僅精度高，而且穩(wěn)定性強(qiáng)，能在各種自然條件下工作。在工作原理上， 北斗RTK通過(guò)在被定位對(duì)象上安裝定位標(biāo)簽來(lái)接收和處理衛(wèi)星信號(hào)。結(jié)合RTK差分定位基站提供的誤差

修正值，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位輸出。此外，使用北斗RTK技術(shù)需要專用的RTK接收器與計(jì)算機(jī)或

移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行連接。這樣，接收器可以實(shí)時(shí)捕獲并處理衛(wèi)星信號(hào)，再將這些數(shù)據(jù)傳輸給差分系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一 步分析和展示。無(wú)論是地面儀器、無(wú)人機(jī)還是地面車輛，都可以通過(guò)安裝這樣的接收器來(lái)享受高精度的定 位服務(wù)。

二、技術(shù)方案

在選擇人員定位系統(tǒng)時(shí)，綜合考量多方面因素，以確保所選系統(tǒng)能夠滿足企業(yè)安全生產(chǎn)管理的實(shí)際需 求，實(shí)現(xiàn)高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。項(xiàng)目建設(shè)的同時(shí)，引入科學(xué)管理和設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建長(zhǎng)期有生命力的管 理體系，實(shí)現(xiàn)整體可持續(xù)發(fā)展。不但高效快速完成日常維護(hù)、問(wèn)題處理等運(yùn)維工作，還能支持遠(yuǎn)程、高效 地安裝、部署、調(diào)測(cè)、升級(jí)和故障處理等。

1)先進(jìn)性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有前瞻性、先進(jìn)性、成熟性以及可擴(kuò)展性，符合當(dāng)今社會(huì)信息化發(fā)展的新潮 流；采用目前流行的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以成熟的開(kāi)發(fā)方式，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性和成熟性。

2)實(shí)用性：在保持技術(shù)具有前瞻性和先進(jìn)性的同時(shí)，確保系統(tǒng)切合實(shí)際、符合現(xiàn)狀。系統(tǒng)各應(yīng)用模 塊完全從業(yè)務(wù)需求出發(fā)，貼近使用需求，以保障數(shù)據(jù)處理的安全性和提高操作便利性為目的，把滿足業(yè)務(wù) 需求作為第一要素。

3)可靠性：基于高可靠的支撐企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)智能化管控平臺(tái)項(xiàng)目，從軟件架構(gòu)上來(lái)支持整體的可靠 性，當(dāng)任何單點(diǎn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，可以保證數(shù)據(jù)的完整性和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4)安全性：構(gòu)建物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用系統(tǒng)綜合安全體系，確保企業(yè)方案中系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù) 的機(jī)密性、完整性、可用性、可追溯性。系統(tǒng)為不同權(quán)限的用戶提供不同的服務(wù)，防止執(zhí)行超越權(quán)限操作 的現(xiàn)象發(fā)生。系統(tǒng)分級(jí)分層授權(quán)，數(shù)據(jù)分級(jí)分層管理，以保證信息的安全保密。對(duì)數(shù)據(jù)嚴(yán)格保密，未經(jīng)授 權(quán)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，不得泄露給任何單位和個(gè)人。

5)擴(kuò)展性：在統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以拓展生態(tài)、各模塊互聯(lián)互通為目標(biāo)設(shè)計(jì)方案， 避免為解決異構(gòu)系統(tǒng)對(duì)接問(wèn)題產(chǎn)生的時(shí)間和資源浪費(fèi)。數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)軟件支持通過(guò)增加新增硬件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，滿足不斷增加的性能要求；在系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上采用多層技術(shù)框架設(shè)計(jì)，分別支持系統(tǒng)的橫向擴(kuò)展 和系統(tǒng)的功能擴(kuò)展；數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要拆接、組合，系統(tǒng)模塊及應(yīng)用模塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 應(yīng)盡可能為后續(xù)的功能預(yù)留對(duì)外接口。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

該系統(tǒng)深度融合UWB(超寬帶)定位、藍(lán)牙定位、北斗衛(wèi)星定位、RTK、4G等多種技術(shù)，作為當(dāng)前

無(wú)線定位技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新，結(jié)合了3種各具特色的定位技術(shù)，在不同區(qū)域充分發(fā)揮各自技術(shù)的優(yōu) 勢(shì)，成功實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外一體化的高精度、無(wú)縫覆蓋定位，為定位提供了前所未有的可能性。

1)定位原理：室外區(qū)域定位機(jī)制，在儲(chǔ)罐區(qū)、管道走廊這類開(kāi)闊的室外區(qū)域，系統(tǒng)主要借助北斗RTK 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度定位。北斗RTK通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)，并結(jié)合地面差分基站所提供的數(shù)據(jù)，有效消除大氣 層延遲、衛(wèi)星軌道誤差等干擾因素，從而達(dá)成高精度定位效果。室內(nèi)及遮擋區(qū)域定位方式，在控制室、維 修車間等室內(nèi)區(qū)域或者室外信號(hào)遮擋嚴(yán)重的地方，系統(tǒng)依靠UWB無(wú)線定位基站來(lái)完成高精度定位。UWB

利用極短的納秒級(jí)脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)距與定位，其具備時(shí)間分辨率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等特性，能夠在復(fù) 雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)的高精度定位。輔助定位與無(wú)縫切換原理，藍(lán)牙技術(shù)作為一種低功耗且廣泛普及的無(wú) 線通信技術(shù)，被應(yīng)用于系統(tǒng)的輔助定位環(huán)節(jié)。藍(lán)牙信標(biāo)或者相關(guān)設(shè)備會(huì)定期向外廣播信號(hào)，定位終端通過(guò) 接收這些信號(hào)，并依據(jù)信號(hào)強(qiáng)度或者時(shí)間差來(lái)估算距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。在室內(nèi)外環(huán)境切換區(qū)域，系 統(tǒng)能夠自動(dòng)完成定位方式的切換，確保定位服務(wù)的持續(xù)穩(wěn)定。

2)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：高精度定位保障，通過(guò)融合北斗RTK的高精度特性與UWB的高時(shí)間分辨率優(yōu)勢(shì)，系

統(tǒng)無(wú)論在室內(nèi)還是室外環(huán)境下，均能實(shí)現(xiàn)高精度定位，充分滿足化工廠對(duì)定位精度的嚴(yán)苛要求。無(wú)縫覆蓋 優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)支持室內(nèi)外環(huán)境的無(wú)縫切換定位，確保工人在榆林化工的任何區(qū)域都能持續(xù)獲得穩(wěn)定的定位服 務(wù)。靈活部署與成本優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，可根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)際需求靈活選用定位技術(shù)，同 時(shí)藍(lán)牙技術(shù)的融入有效降低了整體部署成本。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與通信優(yōu)勢(shì)，UWB技術(shù)所具備的高速數(shù)據(jù)傳 輸能力，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)傳輸人員位置信息，為管理決策層提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，助力優(yōu)化資源 配置以及提升整體管理效能。