基于UWB技术的燃气电厂人员定位系统.pdf

基于UWB技术的燃气电厂人员定位系统摘要：针对电力环境复杂的特点合理安排系统结构设计一种基于UWB的电力人员定位系统。根据运行、施工人员身上佩戴的电子标签发送的信号利用TDOA的定位算法计算人员精确位置信息。经实验证明本系统具有稳定和定位精确的特点满足电力人员定位的要求。关键词：人员定位系统;UWB;电子标签;TDOA1UWB技术介绍UWB（Ultra-Wide-Band）是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域。系统容量大发送功率非常小其电磁波辐射对人体的影响也会很小应用面就广。UWB定位技术具有超高的时间和空间分辨率保证了UWB可以准确的获得待定位目标的时间和角度信息时间信息可以转化为距离信息结合角度信息利用三角定位等几何定位方法求得待定位目标的位置信息。常用定位方法有：基于接收信号强度（ReceivedSignalStrengthRSS）、基于接收信号到达角度（AngleOfArrivalAOA）、基于接收信号时间法（TimedifferenceofarrivalTDOA）、AOA和TDOA混合定位法。2系统工作原理2.1UWB-TDOA定位原理采用TDOA定位原理利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差利用如下方程解算标签的坐标[1]。2.2UWB-TDOA关键技术UWB-TDOA定位的关键技术-基站之间时间同步;时间同步：相位同步和频率同步。无线同步技术深入分析无线收发链路物理层误差因素采用特殊的定位构架实现了采用无线方式的高精度基站时间同步使无线同步达到有线同步模式下的定位精度（0.3m）[2]。3系统构成人员定位系统采用UWB定位技术实现高精度定位是通过发送和接收具有纳秒或亚纳秒极窄脉冲来传输数据。精确定位系统主要由应用层、解算层、传输层和设备层（定位基站和定位标签）构成如图1所示。3.1设备层设备层主要包括定位基站和定位标签为定位系统的核心设备获取原始的位置信息。定位基站周期性广播自身的ID信息定位标签接收超宽带信号后完成时间戳信息的获取通过通信基站的ZigBee信道回传时间戳信息以及相关状态信息。通信基站以及定位基站将自身的数据通过主干网络传输到解算层在定位解算引擎部分完成定位数据的解析。同时通信基站也可以接收到应用层下发的指令完成相关的操作如对设备的呼叫、撤离。3.2传输层传输层也称主干通信网（简称“主干网”）是基站与服务层、应用层之间数据传输通道。从上往下将应用层相关指令传输到通信基站;从下将定位原始数据传输给服务层。3.3服务层包括定位引擎软件、系统管理软件、对外接口软件组成。定位引擎軟件根据不同的定位方式实现定位原始数据的解算从而得到有用的位置信息。同时服务层可以负责管理与维护整个定位网络保证定位的实时、可用。3.4应用层应用层获得实时的位置信息后结合视频等信息可以实现各种复杂的应用如实时轨迹显示;考勤统计;电子巡检;电子围栏;视频联动等。通过websocket接口可获取标签卡的实时位置数据通过http接口可获取系统相关的数据以便其他系统获取位置等信息进行二次开发和集成。4人员定位系统功能4.1实时显示软件可通过平面、立体和列表三种视图方式实时显示现场作业人员（标签）的实时位置方便管理者随时了解现场作业人员实时状态可以分区域统计人数。4.2轨迹回放软件会自动保存现场作业人员的运动轨迹管理者可以通过姓名或者卡号查看现场作业人员在某个时间段内的运动轨迹可支持2D与3D效果回放可方便查看人员行动轨迹分析异常情况。4.3电子围栏系统提供电子围栏的功能将危险区域、危险源以及特殊区域进行电子隔离并设置每位员工进