用在隧道定位系统的新技术方案

系统特点：

（1）、系统采用先进的UWB技术TOF算法，对隧道内人员从隧道口到隧道内工作面能全天候不间断地进行实时的定位与跟踪，定位精度达到30厘米;

（2）保证隧道全部位于无信号死角，做到信号全覆盖;

（3）在紧急情况下，可通过定位卡上一键报警按钮，及时通知监控室管理人员；

（4）通过无线方式传输数据到隧道口监控室;

（5）可显示任意选定人员的实时的位置信息，并可按时间段对指定 的隧道内人员的行走轨迹进行历史回放显示单基站定位技术;

（6）可实现考勤、路径跟踪、安全管理、区域统计、数据存储、系 统自诊断、出洞异常提示、数据备份、操作记录、用户权限管理、远 程登录等一系列功能;

（7） 隧道工程施工灾难发生后，系统可实时显示隧道内所有人员地 理位臵信息，并启动相应应急预案；

（8）能够显示隧道图形及隧道内部人员动态分布情况，可对人员进 行查找定位、实时跟踪、历史轨迹回放等;

（9）人员定位系统出口协议应开放，人员的所有信息均可以调用；

（10）人员定位系统服务器应配备外部网络，以供外网用户访问和系 统平台对接；

2.2.2.2设计原则与依据

系统设计原则

首先根据项目实际需要结合隧道长度等现场具体情况，可作全线覆盖定位和危险施工区域定位（即掌子面定位）两种。

全线覆盖主要针对一些特长隧道，施工条件难度大，项目管理要求高的一些重点隧道工程，采用全线信号覆盖人员定位，每隔600米安装一台定位基站，可做到隧道内的无线定位信号全覆盖，定位精度大可达30CM。

危险施工区域定位又称掌子面区域定位，即在防水板台车上安装1台高精度定位基站即可，基站将采集到进入该区域内的定位卡信号，通过无线网桥传输到后台管理系统中。

经过软件处理，得出各具体信息（如：是谁，距离洞口多远，具体时间）， 同时可把它动态显示（实时）在监控中心的电脑上或隧道外的 LED大屏幕上，并作好备份。监管人员可随时了解隧道中人员的状态。管理者也可以根据电脑上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。管理者能实时的观察到隧道内工作人员的即时区域位臵，实现隧道内人员定位。另外一旦隧道内发生事故，可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，以便帮助营救人员以准确快速 的方式营救出被困人员。一旦隧道内发生突发情况，隧道内人员可通过所携带的定位仪（识别卡）发出警报。 隧道内人员只要按定位仪上的报警按钮即可发出报警。在监控室的动态显示界面会立即弹出红色报警信号。

2.2.3人员定位管理系统

1) 系统能够覆盖隧道大部分区域。

2) 系统能可靠识别静态或≤40Km/h 的移动目标。

3) 单台基站可同时识别 200 张以上的人员标识卡。

4) 人员定位标识卡采用有源工作方式（独立供电），超低能耗设计，一次充电可使用30日，可充电 10000 次，并具有欠压指示功能，出现欠压报 警指示后定位卡可以正常工作 3 天。

5) 系统具有强大实用的隧道人员应急救援功能：当隧道内人员遇险时，可触发“求救”按钮，当工人发现隧道塌方、涌水涌泥时，也可通过定位卡按键向监控中心发出对应报警信号，监控中心将 及时报警，并可查询显示是谁、在什么时间、什么地点发出的报警

6) 能准确地统计全隧道的人员数量。并且知道该人员距离洞口的实时距离，以及桩号。

7) 可实时跟踪查询、打印当前及某时间段隧道内人员数量、活动轨迹及分 布情况。

8) 基站和人员定位标识卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均 由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成。

9) 人员定位标识卡采用嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现编码、解码、通信及信息碰撞处理等功能。

10) 系统软件具有人员标识卡电池管理功能。

11) 自动识别功能：乘车出入的工作人员无需下车，在车辆进入监测区域后， 就可自动完成人员考勤及定位功能。

12) 系统在进行实时数据采集时，可进行记录、显示、查询、编辑、人工录 入、网络通信等。

13) 系统中心站及网络终端可以联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询、打印各类数据报表。

14) 报警功能：可以对进入隧道人员限制出入时间及地点，如果超过授权时间会触发报警设备发出警示，以便控制人员迅速做出反映，采取安全措 施。

15) 系统可自动生成人员信息数据库，实现考勤作业的统计与管理等方面的 报表资料，提高管理效益。

2.UWB的优势：传统的定位技能判别物体的位置是依托信号的强弱来判别的，易遭到外界干扰。定位的差错较大，精度不高，而UWB定位选用了宽带脉冲通讯技能，有很强的抗干扰才能，使得定位差错大大下降。它填补了高精度定位范畴的空白，它的技能特点如图所示，精度可达厘米级。

3.UWB室内定位过程：网络大将UWB的定位流程分成5个流程：每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；发送的UWB脉冲串被定位基站接纳。

每个定位基站使用高敏度的短脉冲侦测器丈量每个定位标签的数据帧到达接纳器天线的时刻.定位引擎参阅标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时刻差，并使用三点定位技能及优化算法来核算标签位置；使用单基站定位一般选用AOA((AngleofArrival)算法，选用多基站定位多选用TDOA(TImedifferenceofArrival)算法。

4.UWB室内定位的体系结构:

UWB技能特点:

UWB室内定位具有以下几种特点：

体系容量大：带宽添加使信道容量的提高远远大于信号功率上升所带来的效应。

传输数据快：依据香农公式，即便把发送信号功率拉到很低，也能实现较高的信息速率。通常情况下，其Zui大数据传输速度可以达到几百兆比特每秒到吉比特每秒。

多径分辨才能强：因为其极高的作业频率和极低占空比，所以它的占空比很高。窄脉冲的多径信号在时刻上不易堆叠，很简单分离出多径重量，因此能充分使用发射信号的能量。

隐蔽性好：UWB的频谱较宽，能量密度较低，所以具有很高的安全性。另一方面，因为能量密度低，UWB设备对于其他设备的影响很低。

定位准确：UWB具有很高的定位精度，它选用超宽带无线电通讯，可在室内和地下进行准确定位，精度Zui高可达2厘米，一般精度在15厘米内。

抗干扰才能强：UWB的占空比一般为0.01～0.001，具有比其他扩频体系高得多的处理增益，抗干扰才能强。一般来说，UWB抗干扰处理增益在50dB以上。

低功耗:UWB体系结构简单，设备成本低。UWB使用间歇的脉冲来发送数据，信号无需载波，脉冲持续时刻一般在0.20～1.5ns之间很短，有很低的占空因数，因此功耗很低，一般UWB体系只需要50～70mW的电源，功耗是蓝牙技能的百分之十