室内定位

应急救援UWB自组网人员定位方案


方案背景

 

在高层、地下、大型综合体等城市复杂建筑,以及火灾等重大自然灾害事故的应急救援中,比如火灾救援工作中,消防人员进入火场进行灭火救援时,人员安全问题一直都是灭火救援领域中备受关注的棘手问题。难点除了危险的救援场景,还有一个关键点就是不知道消防人员的实时位置,以及遇到突发状况,无法及时支援。

 

目前国内应急救援市场中,人员定位应用多是基于被动定位技术。在特殊情况下,救援也大多处于单兵作战的情况,不能及时知道救援人员自己,以及组员的位置信息和状态。没有场景感知和室内外一体位置信息相结合,会使得救援人员处于更加危险的境地!

 

深圳市微能信息科技有限公司基于应急救援领域的这一难点问题开发出了全套的救援人员位置信息及场景感知系统解决方案,通过这套人员定位和场景感知系统方案,可以确保救援人员携带UWB定位标签进入救援现场,指挥员可以实时掌握内攻救援人员的实时位置信息和生命体征信息。此方案能解决在应急救援应用中出现的大部分的痛点问题,全面提高现场组织指挥和安全管控能力,加快现代化指挥体系建设!




方案架构

  

消防救援UWB自组网应用框架_01.jpg

消防救援UWB自组网应用框架_02.jpg

 

本系统采用1+N的方式,即是1个中心节点(车载远距离接收UWB基站或蓝牙网关)+ N个UWB定位标签(救援人员携带)。同时也可以实现N个UWB定位标签终端相互组网定位,在标签终端上显示相互之间的位置和距离(带屏幕,在屏幕上显示)。


*  中心节点(UWB基站):作用是指挥调度,获取所有的UWB定位标签的位置信息、报警信息,通过解析、建模,并辅以北斗卫星定位,可以获取UWB标签的相对和绝对位置,为人员调度,提供位置依据。

*  UWB定位标签(救援人员佩戴):采用AI自组网的方式,会自主学习。每个UWB定位标签终端都可以和附近的N个UWB标签互相组网定位,并把组网位置信息传回中心节点的UWB基站和控制调度中心。


另外,UWB标签触发SOS求救模式后,可以通知中心节点UWB基站和附近三个携带UWB标签的救援人员前来支援,而收到求救信息的UWB标签(救援人员)则可以用PDOA测角+TWR测距方式测量报警的UWB标签的角度和距离,进而前去支援。


火灾应急救援中人员定位-UWB标签自主定位系统.jpg 


*  SOS求援功能:UWB标签终端触发SOS求救模式后,通过UWB通讯通知中心节点UWB基站和附近N个携带UWB标签终端的救援组员前来支援,而收到求救信息的UWB终端(救援人员)则可以通过后台的调度指挥和UWB终端显示的相互位置前去精准支援。


*  取消S0S求援功能:UWB标签0和其他UWB标签的测距数据小于0.3米时,或者UWB标签0短按2次,长按1s按键主动退出求救模式。UWB标签0通过UWB广播发送退出紧急求助信息,并在UWB测距包中取消报警信息。

 



UWB自组网定位视频演示

 




方案优势

  



UWB基站和UWB标签移动性强.png


基站和标签移动性强


UWB基站配备北斗高精度定位模块,可以实时更新自身的绝对位置。


周围三个定点标签可以固定在基站的周围,比如放到车上,可以实时跟进定位标签,以获取最佳的定位效果。





定位精度高.png


定位精度高


北斗定位静态精度高达10cm,UWB测距定位精度也是10cm,组合精度可以实现20cm的圆误差。


动态精度跟UWB标签的测距频率,后台处理速度有关,一般可以做到50cm以内的精度。





覆盖范围广.png


范围覆盖广


UWB属于中短距离范围内的通讯技术,非常适合构建室内环境的实时定位系统。


目前标准功率的UWB基站的覆盖距离可以达到200米(无遮挡环境)。同时支持扩展功率来扩展覆盖距离。




穿透力强.png


穿透力强


UWB信号使用低信道CH2(3.9936GHz)时具有很强的穿透力,穿透性介于2.4G WiFi和5G WiFi之间。


UWB信号能穿混凝土、玻璃、木板等,且能够保持信号较好的完整性,受到介质影响较小,其空间的传输模型建立也比较理想,所以基于此模型解算出的坐标位置精度比较高。





技术核心竞争力

  



射频设计能力.png


专业的射频设计能力


微能信息一直致力于无线产品的研发,在无线射频领域积累了丰富的设计、调试、测试经验。


在UWB基站、UWB标签设计中增强了射频电路的接收和发射功能,通过兼容外置PA和LNA提升了产品的测距、定位距离。





专业的天线设计能力.png


专业的天线设计能力


UWB天线要求结合实际应用场合做定制化设计,天线设计要求低延时,辐射方向与实际使用场合相匹配。


微能信息拥有专业天线设计人员,拥有暗室等专业测试设备。





专业软件及算法团队.png


专业软件及算法团队


公司通过长时间对自组网深入研究,利用更加智能AI技术对定位算法进行优化,将定位精度提高到了厘米级的定位精度,并可以结合加速度传感器对位置数据进行优化。


公司包含了从嵌入式软件到核心算法到应用层软件的完整的开发和整合能力。


  


 

方案发明专利

 

发明专利-应急救援领域UWB自组网人员定位系统(点击查看发明专利)

 


 

方案中的UWB基站和UWB定位标签

 

*  UWB基站

UWB基站基于高性能处理器研发,可实现厘米级定位。采用隔离式POE网口供电,减少了用户的布线难度。UWB基站采用360度可旋转安装支架,方便在各类复杂的室内环境中,进行各种角度的安装固定。


车载远距离UWB基站.jpg

 

  供电 


  POE供电

  POE 48V

  直流电源供电

  输入功率大于1W,输入电压4.5V-12V(推荐5V或12V)

  UWB无线参数


  支持协议

  兼容 IEEE802.15.4-2011 UWB协议

  频率

  默认6.240-6.739GHz,支持全通道ch1-5

  典型发射功率

  -6dBm

  接收灵敏度

  -105dBm(丢包率10%,通道5)

  数据传输速率

  默认6.8Mbps,支持110Kbps,850kbps

  定位性能


  定位精度

  10cm (UWB基站、标签无遮挡)

  推荐基站布局间隔

  <50m

  数据上传方式

  100M以太网

  基站时钟同步方式

  UWB无线同步

  产品重量

  285g(±10g)

  操作环境 


  工作温度

  -30℃~70℃

  存储温度

  -40℃~85℃

  防水等级

  IP65

  结构尺寸

  178mm * 94mm * 58mm(长*宽*厚)

  

 

*  UWB定位标签


UWB定位工牌.jpg

UWB定位工牌

UWB定位标签.jpg

UWB定位标签

UWB皮带腰卡.jpg

UWB皮带腰卡

UWB手表.jpg

UWB定位手表

 

  基本工作参数 


  运动刷新频率

  10Hz

  静止刷新频率

  1Hz

  定位精度

  静态定位精度10cm,动态定位精度30cm

  定位距离

  50米

  工作温度

  -20~60℃

  UWB参数 


  频率范围

  默认:6.240~6.739GHz(ch5 )

  支持信道

  ch1~5

  协议标准

  兼容 IEEE802.15.4-2011 UWB协议

 

 

 

定位软件系统架构

 

UWB自组网人员定位管理系统.jpg

 

UWB定位系统应用层软件主要功能包括:系统设置、人员管理、考勤管理、位置监控、健康监护等。


*   系统设置:系统管理员对系统的一些常规设置操作,包括账号管理、地图管理两部分。账号管理主要是对系统访问者的一些增加、删除、修改、查询其信息,以及权限的分配等操作;地图管理则涉及到使用者导入新的位置地图,各个不同场所地图的切换查询,添加或修改地图信息;


*   人员管理:对系统内所有被定位的人员统一管理。包括监控人员位置变化,收集人员所处环境信息,将人员分组管理等。系统还可以将特定的人员设置为系统的重点监护对象,以特定的标志和刷新频率对重点监护进行更高等级的管理;


*   考勤管理:在一些普通应用场景中需要使用到的功能。定时需要对系统内资源的统一点名,缺勤报警等;


*   位置监控:对系统中每个人员的位置进行实时查看,标记其离线或在线状态,对其运动轨迹进行记录,执行轨迹回放等;设定针对性的电子围栏,对其位置进行监控,闯入和离开报警设置等。另外还具备对监控对象的心率等身体状况进行监控,在系统中显示;


*   健康监护:UWB标签可以收集佩戴人员的生命体征数据,比如心率、血氧、体温等。后台系统可以对特定对象的信息进行更高等级的监护,如果发生异常则及时报警。另外UWB标签具有SOS主动报警功能,紧急情况时,佩戴者可以用UWB标签主动呼叫后台,及时上报紧急事件,通知管理平台及时响应。


*   其他:提供API接口,方便客户将位置信息集成到其他系统平台。系统采用模块化设计,使用方便灵活,便于系统集成。

 

 

 

应用场景

 

微能信息科技的UWB自组网人员定位解决方案主要解决日常生活中特殊的人员定位需求,如下所示:

 


司法系统

应急搜山,大面积抓捕犯罪人员,公安人员可以使用自主定位系统有效形成立体全面的地毯式搜索


化工、电厂、煤矿、管隧

化工、电厂、煤矿、管廊、隧道,提前感知救援环境,人员定位,紧急呼救

消防救援(室内&野外)

救援人员位置定位,自主导航、紧急呼救、环境感知。


高端博物馆

人员定位,游客疏导,防止游客远离导游管控范围


 


人员定位解决方案供应商,深圳市微能信息科技有限公司,官网:http://www.95power.com.cn