WiFi、藍(lán)牙、UWB常見的三種室內(nèi)定位技術(shù)探討

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，讓位置信息的獲取和應(yīng)用在安全管理中占比越來越多。相對(duì)于室外的GPS、LBS、北斗等等精度要求不高的定位，室內(nèi)定位的工作環(huán)境更為復(fù)雜、精細(xì)，對(duì)定位技術(shù)也就更高。例如在智慧電廠中的人員及貨物管理與調(diào)度、生產(chǎn)安全管理、人員/訪客定位管理等等均需要高精度的定位。

一般情況下，我們根據(jù)技術(shù)原理和使用信號(hào)源的不同，可以將室內(nèi)定位技術(shù)分為：Wi-Fi定位、ZigBee定位、藍(lán)牙定位、UWB定位、RFID定位、衛(wèi)星定位、低頻觸發(fā)定位、基站定位、聲波定位、光定位、地磁定位等。下面就來探討一下WiFi、藍(lán)牙、UWB常見的三種室內(nèi)定位技術(shù)。

WiFi

2010年前后，Wi-Fi定位開始在基于定位標(biāo)簽的人員監(jiān)控行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用起來，2013年，基于手機(jī)的Wi-Fi探測(cè)等應(yīng)用也隨之嶄露頭角。目前，Wi-Fi定位是比較流行的一種室內(nèi)定位技術(shù)，其定位方法是基于信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型法和指紋識(shí)別法。

信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型法，是指使用當(dāng)前環(huán)境下假設(shè)的某種信道衰落模型，根據(jù)其數(shù)學(xué)關(guān)系估計(jì)終端與已知位置AP間的距離，如果用戶聽到多個(gè)AP信號(hào)，就可以通過三邊定位算法來獲得用戶的位置信息；指紋識(shí)別法，則是基于Wi-Fi信號(hào)的傳播特點(diǎn)，將多個(gè)AP的檢測(cè)數(shù)據(jù)組合成指紋信息，通過與參考數(shù)據(jù)對(duì)比來估計(jì)移動(dòng)物體可能的位置。

在定位精度為米級(jí)的一些場(chǎng)景，可利用Wi-Fi進(jìn)行覆蓋，該技術(shù)適用于對(duì)人/車的定位導(dǎo)航，醫(yī)療機(jī)構(gòu)、商場(chǎng)、主題公園等場(chǎng)景。

藍(lán)牙

2014年左右，基于藍(lán)牙的定位技術(shù)開始在監(jiān)控定位領(lǐng)域被應(yīng)用。2017年7月，藍(lán)牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時(shí)間里，已經(jīng)有超過105種具有藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認(rèn)證，其中包含芯片、協(xié)議棧、模組及終端產(chǎn)品供應(yīng)商等。

為了滿足位置服務(wù)市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，全新藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)新增了尋向功能，可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向，進(jìn)而幫助開發(fā)者解讀設(shè)備方向的藍(lán)牙接近（proximity）解決方案，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng)。

基于位置的藍(lán)牙服務(wù)解決方案通常分為兩類：接近類解決方案和定位系統(tǒng)。無論是實(shí)時(shí)定位，還是室內(nèi)定位，原理都是類似的，即在數(shù)據(jù)包傳輸中加入RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度）機(jī)制，通過RSSI來虛擬出產(chǎn)品的大致范圍，再通過三邊測(cè)量法，實(shí)現(xiàn)相互交集的測(cè)量算法，最終完成室內(nèi)定位。

藍(lán)牙定位，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大，且藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較貴。

根據(jù)《2019藍(lán)牙市場(chǎng)最新資訊》顯示，位置服務(wù)已成為增長(zhǎng)最快的藍(lán)牙解決方案，預(yù)計(jì)未來五年其年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到43%。

藍(lán)牙定位主要用于對(duì)人的小范圍定位，例如單層大廳或商店，現(xiàn)在已經(jīng)被某些廠商開始用于LBS推廣。

UWB

近年來，隨著UWB芯片方案的成熟和成本的下降，國(guó)內(nèi)研究UWB定位技術(shù)的公司不斷涌現(xiàn)。UWB是一種傳輸速率高（最高可達(dá)1000Mbps以上），發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)的無線定位技術(shù)。目前使用UWB定位技術(shù)的行業(yè)是隧道、化工廠、監(jiān)獄、醫(yī)院、養(yǎng)老院、礦井等行業(yè)。

UWB定位是由多個(gè)傳感器采用TDOA（Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差）和AOA定位算法對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行分析，具有多徑分辨能力、精度高、定位精度可達(dá)厘米級(jí)等特點(diǎn)。

TDOA是一種利用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位的方法又稱為雙曲線定位。標(biāo)簽卡對(duì)外發(fā)送一次UWB信號(hào)，在標(biāo)簽無線覆蓋范圍內(nèi)的所有基站都會(huì)收到無線信號(hào)。如果有兩個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)的基站收到信號(hào)，標(biāo)簽距離兩個(gè)基站的間隔不同，那么這兩個(gè)基站收到信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)是不一樣的。

基于信號(hào)時(shí)間的定位系統(tǒng)，例如UWB，一旦遇到墻體遮擋的情況就需要重新部署。同等面積，房間數(shù)量增加一倍，基站用量也將增加一倍，其在空曠場(chǎng)景基站更易部署。

智慧電廠中的定位技術(shù)應(yīng)用

云酷科技在定位技術(shù)上選擇了UWB技術(shù)來針對(duì)電廠對(duì)人員、設(shè)備定位的實(shí)際需求，其自主設(shè)計(jì)研發(fā)的可視化人員定位系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，能夠?yàn)橹腔垭姀S安全管理帶來：

1、人員定位與管理

員工攜帶信息唯一的定位標(biāo)簽，通過電子標(biāo)簽和定位設(shè)備之間不斷測(cè)距，實(shí)時(shí)定位并顯示在二維/三維地圖上，當(dāng)人員遇到突發(fā)情況時(shí)，可以通過電子標(biāo)簽進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)根據(jù)標(biāo)簽的唯一性，在系統(tǒng)中輸入人員信息就可以查詢當(dāng)前位置，還可以查詢到人員一定時(shí)間內(nèi)的歷史活動(dòng)軌跡。在此基礎(chǔ)之上系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各外包隊(duì)伍出勤率，及人員出勤天數(shù)供管理人員查看。

2、區(qū)域分級(jí)管控

系統(tǒng)把整個(gè)廠區(qū)劃分為N個(gè)作業(yè)區(qū)域，根據(jù)作業(yè)區(qū)域安全風(fēng)險(xiǎn)的高低做出相應(yīng)的等級(jí)劃分，便于重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)控。根據(jù)各人員的工作崗位和工作內(nèi)容進(jìn)行區(qū)域授權(quán)，對(duì)人員闖入未授權(quán)區(qū)域系統(tǒng)立即報(bào)警。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)接入ERP中的兩票、缺陷信息，根據(jù)兩票、缺陷信息中的區(qū)域位置及設(shè)備的KKS編碼，把兩票、缺陷作業(yè)劃分到相應(yīng)的區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)兩票、缺陷及作業(yè)人員分區(qū)域列表展現(xiàn)和三維展現(xiàn)，方便查看與管理。

3、巡點(diǎn)檢到位管理

定位系統(tǒng)自動(dòng)記錄巡點(diǎn)檢人員的巡點(diǎn)檢時(shí)長(zhǎng)、巡點(diǎn)檢次數(shù)并與預(yù)設(shè)的巡點(diǎn)檢路線進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析巡點(diǎn)檢人員的到位率與偏差等。對(duì)于巡點(diǎn)檢人員偏離巡點(diǎn)檢路線及漏檢等及時(shí)短信與APP推送報(bào)警信息。

4、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)管

密閉空間作業(yè)屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。針對(duì)密閉空間作業(yè)的環(huán)境特點(diǎn)，采用電池供電的移動(dòng)式定位設(shè)備臨時(shí)固定在密閉空間內(nèi)，天線放置在密閉空間外，確保定位無線信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。人員攜帶定位標(biāo)簽進(jìn)入密閉空間系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)督密閉空間內(nèi)人員數(shù)量。同時(shí)可加設(shè)便攜式無線攝像頭，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)人員。高空作業(yè)、大型設(shè)備吊裝及腳手架搭設(shè)過程中容易出現(xiàn)安全事故，如未掛安全帶墜落，交叉作業(yè)、高空落物等風(fēng)險(xiǎn)，這類亦屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。在作業(yè)前假設(shè)臨時(shí)虛擬電子圍欄，防止無關(guān)人員進(jìn)入工作區(qū)，同時(shí)利用圖形識(shí)別技術(shù)檢測(cè)是否正確佩戴安全帽和安全帶，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警。

5、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

系統(tǒng)支持接入電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在三維電子地圖上顯示視頻監(jiān)控位置，任意切換調(diào)取視頻監(jiān)控?？蓪?shí)現(xiàn)快速查找、單點(diǎn)回放、圖像識(shí)別等功能。同時(shí)可基于人員當(dāng)前位置自動(dòng)調(diào)取對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)控，對(duì)人員行走到其他位置自動(dòng)切換到相應(yīng)監(jiān)控畫面。對(duì)于發(fā)生異常的情況，可基于人員歷史軌跡不同位置及不同時(shí)段調(diào)取相應(yīng)位置相應(yīng)時(shí)間段的歷史視頻監(jiān)控，與歷史軌跡聯(lián)動(dòng)播放，方便事故分析及責(zé)任劃定。