應急救援UWB自組網人員定位方案
方案背景 |
在高層、地下、大型綜合體等城市復雜建筑，以及火災等重大自然災害事故的應急救援中，比如火災救援工作中，消防人員進入火場進行滅火救援時，人員安全問題一直都是滅火救援領域中備受關注的棘手問題。難點除了危險的救援場景，還有一個關鍵點就是不知道消防人員的實時位置，以及遇到突發狀況，無法及時支援。
目前國內應急救援市場中，人員定位應用多是基于被動定位技術。在特殊情況下，救援也大多處于單兵作戰的情況，不能及時知道救援人員自己，以及組員的位置信息和狀態。沒有場景感知和室內外一體位置信息相結合，會使得救援人員處于更加危險的境地！
深圳市微能信息科技有限公司基于應急救援領域的這一難點問題開發出了全套的救援人員位置信息及場景感知系統解決方案，通過這套人員定位和場景感知系統方案，可以確保救援人員攜帶UWB定位標簽進入救援現場，指揮員可以實時掌握內攻救援人員的實時位置信息和生命體征信息。此方案能解決在應急救援應用中出現的大部分的痛點問題，全面提高現場組織指揮和安全管控能力，加快現代化指揮體系建設！
方案架構 |
微能信息的救援人員定位和場景感知系統采用1+N的方式，即是1個中心節點（車載遠距離接收UWB基站或藍牙網關）+ N個UWB定位標簽（救援人員攜帶）。同時也可以實現N個UWB定位標簽終端相互組網定位，在標簽終端上顯示相互之間的位置和距離（帶屏幕，在屏幕上顯示）。
* 中心節點（UWB基站）：作用是指揮調度，可獲取所有的UWB定位標簽的位置信息、報警信息，通過解析、建模，并輔以北斗衛星定位，可以獲取UWB標簽的相對和絕對位置，為人員調度，提供位置依據。
* UWB定位標簽（救援人員佩戴）：采用AI自組網的方式，會自主學習。每個UWB定位標簽終端都可以和附近的N個UWB標簽互相組網定位，并把組網位置信息傳回中心節點的UWB基站和控制調度中心。
另外，UWB標簽觸發SOS求救模式后，可以通知中心節點UWB基站和附近三個攜帶UWB標簽的救援人員前來支援，而收到求救信息的UWB標簽（救援人員）則可以用PDOA測角+TWR測距方式測量報警的UWB標簽的角度和距離，進而前去支援。
UWB自組網功能 |
一、管理平臺功能
| 救援人員實時定位，實時位置查看 | 救援人員相互感知與定位 | 基于高精度定位的精準救援 |
| 指揮中心指令下發 | 電子地圖后臺展示 | 更多功能…… |
二、現場指揮救援
救援現場，臨時指揮中心指令下發
救援人員靜止告警
三、救援人員生命體征監測
| 體溫監測 | 心率監測 | 血氧監測 |
| 血壓監測 | 計步監測 | 更多功能…… |
四、救援現場環境檢測
| 現場活體檢測 | 有毒氣體檢測 | 煙霧濃度檢測 |
| 溫濕度檢測 | 更多功能…… |
UWB自組網定位視頻演示 |
方案優勢 |
基站和標簽移動性強 UWB基站配備北斗高精度定位模塊，可以實時更新自身的絕對位置。 周圍三個定點標簽可以固定在基站的周圍，比如放到車上，可以實時跟進定位標簽，以獲取最佳的定位效果。 |
定位精度高 北斗定位靜態精度高達10cm，UWB測距定位精度也是10cm，組合精度可以實現20cm的圓誤差。 動態精度跟UWB標簽的測距頻率，后臺處理速度有關，一般可以做到50cm以內的精度。 |
范圍覆蓋廣 UWB屬于中短距離范圍內的通訊技術，非常適合構建室內環境的實時定位系統。 目前標準功率的UWB基站的覆蓋距離可以達到200米（無遮擋環境）。同時支持擴展功率來擴展覆蓋距離。 |
穿透力強 UWB信號使用低信道CH2（3.9936GHz）時具有很強的穿透力，穿透性介于2.4G WiFi和5G WiFi之間。 UWB信號能穿混凝土、玻璃、木板等，且能夠保持信號較好的完整性，受到介質影響較小，其空間的傳輸模型建立也比較理想，所以基于此模型解算出的坐標位置精度比較高。 |
技術核心競爭力 |
專業的射頻設計能力 微能信息一直致力于無線產品的研發，在無線射頻領域積累了豐富的設計、調試、測試經驗。 在UWB基站、UWB標簽設計中增強了射頻電路的接收和發射功能，通過兼容外置PA和LNA提升了產品的測距、定位距離。 |
專業的天線設計能力 UWB天線要求結合實際應用場合做定制化設計，天線設計要求低延時，輻射方向與實際使用場合相匹配。 微能信息擁有專業天線設計人員，擁有暗室等專業測試設備。 |
專業軟件及算法團隊 公司通過長時間對自組網深入研究，利用更加智能AI技術對定位算法進行優化，將定位精度提高到了厘米級的定位精度，并可以結合加速度傳感器對位置數據進行優化。 公司包含了從嵌入式軟件到核心算法到應用層軟件的完整的開發和整合能力。 |
方案發明專利 |
發明專利-應急救援領域UWB自組網人員定位系統（點擊查看發明專利）
方案中的UWB基站和UWB定位標簽 |
* UWB基站
UWB基站基于高性能處理器研發，可實現厘米級定位。采用隔離式POE網口供電，減少了用戶的布線難度。UWB基站采用360度可旋轉安裝支架，方便在各類復雜的室內環境中，進行各種角度的安裝固定。
供電 | |
POE供電 | POE 48V |
直流電源供電 | 輸入功率大于1W，輸入電壓4.5V-12V（推薦5V或12V） |
UWB無線參數 | |
支持協議 | 兼容 IEEE802.15.4-2011 UWB協議 |
頻率 | 默認6.240-6.739GHz，支持全通道ch1-5 |
典型發射功率 | -6dBm |
接收靈敏度 | -105dBm(丟包率10%，通道5) |
數據傳輸速率 | 默認6.8Mbps，支持110Kbps，850kbps |
定位性能 | |
定位精度 | 10cm （UWB基站、標簽無遮擋） |
推薦基站布局間隔 | <50m |
數據上傳方式 | 100M以太網 |
基站時鐘同步方式 | UWB無線同步 |
產品重量 | 285g(±10g) |
操作環境 | |
工作溫度 | -30℃~70℃ |
存儲溫度 | -40℃~85℃ |
防水等級 | IP65 |
結構尺寸 | 178mm * 94mm * 58mm（長*寬*厚） |
* UWB定位標簽
UWB定位工牌 |
UWB定位標簽 |
UWB皮帶腰卡 |
UWB定位手表 |
基本工作參數 | |
運動刷新頻率 | 10Hz |
靜止刷新頻率 | 1Hz |
定位精度 | 靜態定位精度10cm，動態定位精度30cm |
定位距離 | 50米 |
工作溫度 | -20~60℃ |
UWB參數 | |
頻率范圍 | 默認：6.240~6.739GHz（ch5 ） |
支持信道 | ch1~5 |
協議標準 | 兼容 IEEE802.15.4-2011 UWB協議 |
定位軟件系統架構 |
UWB定位系統應用層軟件主要功能包括：系統設置、人員管理、考勤管理、位置監控、健康監護等。
* 系統設置：系統管理員對系統的一些常規設置操作，包括賬號管理、地圖管理兩部分。賬號管理主要是對系統訪問者的一些增加、刪除、修改、查詢其信息，以及權限的分配等操作；地圖管理則涉及到使用者導入新的位置地圖，各個不同場所地圖的切換查詢，添加或修改地圖信息；
* 人員管理：對系統內所有被定位的人員統一管理。包括監控人員位置變化，收集人員所處環境信息，將人員分組管理等。系統還可以將特定的人員設置為系統的重點監護對象，以特定的標志和刷新頻率對重點監護進行更高等級的管理；
* 考勤管理：在一些普通應用場景中需要使用到的功能。定時需要對系統內資源的統一點名，缺勤報警等；
* 位置監控：對系統中每個人員的位置進行實時查看，標記其離線或在線狀態，對其運動軌跡進行記錄，執行軌跡回放等；設定針對性的電子圍欄，對其位置進行監控，闖入和離開報警設置等。另外還具備對監控對象的心率等身體狀況進行監控，在系統中顯示；
* 健康監護：UWB標簽可以收集佩戴人員的生命體征數據，比如心率、血氧、體溫等。后臺系統可以對特定對象的信息進行更高等級的監護，如果發生異常則及時報警。另外UWB標簽具有SOS主動報警功能，緊急情況時，佩戴者可以用UWB標簽主動呼叫后臺，及時上報緊急事件，通知管理平臺及時響應。
* 其他：提供API接口，方便客戶將位置信息集成到其他系統平臺。系統采用模塊化設計，使用方便靈活，便于系統集成。
應用場景 |
微能信息科技的UWB自組網人員定位解決方案主要解決日常生活中特殊的人員定位需求，如下所示：
司法系統 應急搜山，大面積抓捕犯罪人員，公安人員可以使用自主定位系統有效形成立體全面的地毯式搜索 | 化工、電廠、煤礦、管隧 化工、電廠、煤礦、管廊、隧道，提前感知救援環境，人員定位，緊急呼救 | ||
消防救援（室內&野外） 救援人員位置定位，自主導航、緊急呼救、環境感知。 | 高端博物館 人員定位，游客疏導，防止游客遠離導游管控范圍 |
人員定位解決方案供應商，深圳市微能信息科技有限公司，官網：http://www.k084.cn
