智慧军营管理方案 — 高精度室内定位技术的应用

2018-10-08 10:35:48

来源:联睿电子

1、背景与意义
  1.1项目背景

随着科技水平的日益发展,中国特色新军事变革的不断推进,在科技强军理念的推动下,我军现代化建设水平不断提高,军队营房建设工作面临着难得的机遇和挑战。建设现代化营区,加强部队营区建设的智能化水平,是当前及今后我军营房工作的主要任务,也是我军营房设计和建设需要重点考虑的问题。建设成套体系的软件平台来体现部队特色的管理理念和管理需求,从而使部队营区日常管理业务融入到信息化平台中。因此,采用智能化营区的建设思路提高部队营区建设的高新技术含量和居住环境水平,实现对部队营区的现代化高效管理,为广大官兵提供完善的、高质量的管理和服务,是我军现代化营区建设的重要方向趋势。
  1.2建设目标与意义
  营区作为部队日常工作、训练和生活的主要场所,是军队正规化、现代化建设和各类军事工业发展的物质基础,涉及重要的国家和军事秘密,因此营区的各类安全问题都是不容小视的。作为军队基础性的建设工作,安全营区建设是维护国家安定,确保实现全面建设小康社会与和谐社会的前提和基础。

“安全营区”借助规划手段,先进技术和管理理念,保障“稳定营区秩序的控制力”,控制住“危害营区秩序的破坏力”,最大程度地发挥营区的功能型、经济性、生态性和艺术性。确保官兵的工作、训练、生活不受威胁。实现营区稳定、安全、长效发展。

“智慧军营”集聚人的智慧,赋予物以智能,两方面互存互动、互促互补,以实现部队日常管理和军事活动最优化的发展新模式和新形态。其根本是要以人为本,汇人之慧,赋物以智,互促互补,实现部队日常管理和军事活动最优化。其核心是充分运用现代信息通信技术,最大限度地开发利用信息和知识资源。

郑州联睿电子科技有限公司研发的基于脉冲超宽带(IR-UWB)技术的U-Loc室内厘米级实时定位系统,具有定位精度高、系统稳定性强、抗多径效果好,发射功率低、辐射量小等优点。通过超宽带定位系统对现代军营营区、官兵、车辆、枪弹、涉密载体等要素进行实时定位,形成汇聚式的综合管理管控系统。U-Loc实时定位系统针对部队管控重点,将官兵及访客门禁出入管控系统、点名及请销假管理系统、车辆派遣及出入管控系统、智能枪弹安全管控系统、枪支离位报警跟踪系统、涉密物品集中管控等系统进行了充分整合,利用一个统一通用的平台提高部队“人、车、枪、弹、密”安全管理水平。

利用U-Loc系统开发的军营智能管理系统对提高营区管理的智能化、业务一体化,保障重要涉密物品及枪支等设备的安全,提高军营的管理工作效率,增强整个军营管控力度具有重要的现实意义。
  2、项目方案介绍
  2.1方案概述

智能管理系统是基于U-Loc室内厘米级实时定位系统,结合GIS地理信息系统、BIM模型、视频监控系统等实现对营区工作官兵、设备进行实时高精度定位和监测,有效获取位置信息、时间信息、轨迹信息等,视频监控系统、后台监管系统联动,提高异常情况下的应急响应速度和事件的处置速度;在工作官兵管控方面,方案提供工种分类、官兵日常工作的考评、工作目的地路径规划和导航、特殊情况发生时官兵的撤离和伤员的搜救等工作,提高工作效率的同时,保障官兵的安全;在设备管理方面,可实现设备信息实时查询,设备状态实时更新,提高设备监管效率和安全形成人管、技管、物管、联管四管合一的立体化管控格局,变被动式监管为主动式智能化管控,有效提高营区的管理水平和管理效率。

2.2系统概述

基于高精度实时定位的军营智能管理系统主要由U-Loc室内厘米级实时定位系统结合地理信息系统、物联网、视频监控等技术组成,以集成化、数字化、智能化、网络化的建设目标,对现代军营营区、官兵、车辆、枪弹、涉密载体等要素进行汇聚式的综合管理管控。该系统针对部队管控重点,将官兵及访客门禁出入管控系统、车辆派遣及出入管控系统、智能枪弹安全管控系统、枪支离位报警跟踪系统、涉密物品集中管控等系统进行了充分整合,利用一个统一通用的系统提高部队“人、车、枪、弹、密”安全管理水平。

整个系统架构分为以下四个部分:

(1)基础数据层

基础数据层提供整个军营的基础数据,是系统上层构架的基础,起着提供数据支撑的作用,主要包括的数据有:

l 枪支及涉密物品的重要参数:包括设备的主要功能、厂家、安全距离等信息;

l 车辆信息:车辆的用途,车牌号等基本信息,当前是否被征用,具体是谁征用;

l 官兵属性信息:官兵的姓名、年龄、所属番号等基本信息,当前是否在岗;

l UWB定位数据,包含官兵和枪支、涉密物资的定位标签的实时位置信息。

(2)技术支撑层

l UWB高精度定位技术:基于IR-UWB技术的厘米级实时定位技术,可以实时地对枪支、官兵和涉密物资进行定位;

l GIS技术:即地理信息技术,提供基础数据库的分析和处理和图像处理功能;

l 视频联动:根据目标定位结果,调动现场摄像头,提供现场的实时画面,增强现场的管控力度。

(3)功能层

功能层是整个管控系统的核心层,提供丰富的系统功能。系统提供的详细功能将会在下文中详细介绍,图2.1是简单的功能介绍图:

图 2.1系统功能

(4)应用层

应用层是进行数据解算和提供人机交互平台的主要构架层。数据解算是将位置感知层采集的官兵、枪支、涉密物资、车辆、事件的源数据处理为相应的结果信息;人机交互平台是用户与系统进行交互的主要平台。主要包括:

基础数据的录入:枪支、涉密物资和官兵增减时数据库的变更;

设备官兵状态查询:根据基础感知层上传的信息,实时查看枪支、车辆、涉密物品和官兵的状态信息,包括官兵和涉密物品的位置、车辆位置和枪支的当前运行正常与否;

管控系统参数配置:提供对整个系统的参数配置入口,比如定位系统基站和标签增减时的参数配置,地图的变更和维护等。

3、实施方案介绍

军营智能管理系统通过定位系统和地图模型的建立,结合应用软件系统,实现军营的智能管理,保护官兵的安全,促进车辆管理、枪支及涉密物品的运行监测,解决外来访客及车辆管理的不足,提高军营工作效率等。

3.1项目实施流程

项目实施流程如图3.2。

图 3.1项目实施流程

3.2 定位方案介绍
3.2.1 工作原理

军营营区内智能定位管理系统主要由定位标签、定位基站、手持设备和后台管理软件组成。

图3-2 室内工作原理图

军营营区外定位主要由定位标签、卫星、手持设备、基准站、发射塔和后台管理软件组成。

图3-3 室外工作原理图

在室内定位区域架设一定数量超宽带基站,为官兵、车辆、枪支、重要涉密物品配置定位标签,定位标签发射超宽带定位信号,定位基站接收到定位信号,将数据传回后台管理中心,后台管理中心通过优化的高精度定位算法,解算出关键点和官兵、设备物品的位置、人数信息,并将位置信息及运动轨迹在智能管理系统上显示。在室外通过北斗卫星定位导航系统进行定位。当官兵或物品移动到室外后切换到北斗关闭超宽带定位,同样进入室内关闭北斗切换到超宽带定位。定位官兵在发生特殊情况时设备可以自动或手动上报事故信息,后台管理中心会自动进行处理、分析、统计、制作成报表等。

管理官兵可通过电脑客户端(或Web客户端)登陆系统平台,随时查看官兵的位置情况,结合电子地图可查看设备物品信息、官兵轨迹、枪支使用情况、车辆信息等异常点分布位置等,从而实现了对整个军营的信息化、数字化、网络化、图形化的管理,为管理制度的落实及资源管理提供了技术保障。

定位基站向后台传输数据可以采用无线WiFi和标准以太网两种方式,使用WiFi的传输方式不需要布设网线,但是数据传输质量较标准以太网的传输方式低,此外,采用WiFi的传输方式需要布设供电线并将交流电转成24V直流电单独对基站供电;使用标准以太网的传输方式需要布设网线,但是可以保证优良的数据传输质量,同时可以满足基站的供电需求,可谓一举两得,因此在本项目中建议使用以太网的方式进行数据传输和供电。

基站按照实际的定位环境和拓扑关系进行布设,布设后整个区域组成一个定位网络,通过POE交换机逐级传输定位数据,POE交换机选用市面上主流的8口或24口交换机,保证较好的数据传输质量。

3.2.2 主要设备

(1)定位标签

  

图3.4 定位标签U-TAG280W

定位标签U-TAG280W参数如下:

表3-1  定位标签U-TAG280W技术参数

型    号U-TAG280W

工作频段3.1GHz—7.0GHz

供电方式锂电池

充电方式触点充电

防护等级IP65

工作温度-20℃~55℃

存储温度-20℃~60℃

工作湿度小于85%

续航能力3个月(1Hz刷新频率)

尺    寸50mm(长)×42.5mm(宽)×16 mm(高),腕带长310mm

(2)定位基站

图3.5定位基站U-BASE310

定位基站U-BASE310参数如下:

表3-2 定位基站U-BASE310技术参数

型    号U-BASE310(小型化定位基站)

工作频段3.1GHz—7.0GHz

供电方式POE或DC12V或DC24V

安全性能防浪涌,抗电磁干扰

工作温度-40°C~85°C

存储温度-55°C~125°C

工作湿度小于85%

功    耗5W

作用范围单基站覆盖范围为35~150m

尺    寸直径200mm     高:60mm

适用范围适用于内部装修完善,视觉要求高等场所

特    点体积小,视觉效果好,布设安装方便


图3.6定位基站U-BASE310W

定位基站参数如下:

表3-3 定位基站U-BASE310W技术参数

型    号U-BASE310W(防水型定位基站)

工作频段3.1GHz—7.0GHz

供电方式POE或DC12V或DC24V

安全性能防浪涌,抗电磁干扰

防护等级IP65

工作温度-40°C~85°C

存储温度-55°C~125°C

工作湿度小于85%

功    耗5W

作用范围单基站覆盖范围为35~150m

尺    寸205mm×205mm×100mm

适用范围适用于室外和室内潮湿等区域

特    点防水性好,坚固度高,布设安装方便

(3)室内外一体化平板

巡检终端——一体化定位平板QpadX3(I)采用一体化设计,集成了室内UWB定位模块和室外卫星定位模块,实现室内外定位一体化。

产品特点:

室内外一体化定位

8核处理器

1280×800分辨率

图3.7一体化定位平板

QpadX3(I)定位基站参数如下:

表3-4  巡检终端Qpad X3(I)性能参数

产品型号Qpad X3(I)

系统配置操作系统Android 5.0

处理器1.7GHz主频,8核处理器

内存2GB RAM内存

闪存16GB大容量闪存

显示7英寸,分辨率1280×800,10点触控

GPS 性能定位技术GPS+北斗+GLONASS,AGPS

首次定位时间30 秒(典型)

单点定位精度5米

SBAS定位精度1-3米

支持高精度定位模块扩展水平定位精度:RTK优于2cm;CORS定位优于2cm;静态优于±5mm+1ppm,首次定位时间优于30秒。

UWB性能工作频段3.1-7.0GHz

刷新速率支持0.1-50Hz多种刷新速率

标识具有全球唯一的64位电子编码

通讯双卡双待支持

网络制式FDD-LTE/TD-LTE/WCDMA/TD-SCDMA/GSM

WIFIIEEE 802.11b/g/n,AP

蓝牙BlueTooth 4.0

扩展卡T-Flash存储卡;支持高达64GB Micro-SD扩展存储

USBMicro USB 2.0,具有OTG功能

电源特性容量3.7V,8000mAh锂电池,支持在线充电

工作时间单块电池可连续工作8-10小时

电池支持电池可拆卸

应用功能摄像头1300万像素,自动对焦,高亮LED闪光灯

麦克风、扬声器支持

耳机3.5mm音频插孔,支持耳机通话,外置耳机可当FM天线

感应器类型重力传感器、电子罗盘、气压计、距离感应器、光感应器、陀螺仪

RFID读写/NFC支持

物理性能大小215mm*130mm*20mm

重量600g

工作温度-20℃~+55℃

存储温度-20℃~+60℃

防尘防水IP67

防震全强固式设计,抗1.5米自由跌落

(4)定位引擎

名称Loc-Engine

原理利用事先写入的定位算法对基站发送的定位数据进行解算,得到目标的定位结果

功能①接收基站发回的定位数据

②定位目标的位置解算

③向应用平台发送位置信息

特点①超强解算能力

②支持海量标签

③多种算法,容错能力强

(5)定位应用平台

名称Loc-Platform

原理定位系统的业务展示平台和人机交互平台

功能①系统和硬件参数配置

②业务功能展示

③人机交互平台

④接收引擎发送的目标位置信息

特点①多模定位(支持0维、1维、2维、2.5维和3维)

②精准实时

③平台稳定性好

④支持多平台

3.3 软件功能应用

3.3.1 官兵安全管理

根据佩戴于人/机器身上的标签发送位置信息至基站,基站接收到标签信息后将数据送至后台服务器,服务器依据一定的定位算法解算出官兵的位置坐标。可以实时查看官兵所处的位置,目前的活动,结合官兵/机器的属性信息,在电子地图上显示官兵或机器实时位置,可支持楼层自动切换,图标跟随定位目标实时平滑移动,实现对官兵/机器的实时管控,并可以对其进行合理的调度。

官兵实时定位

可以在系统界面中直接查看内部官兵或访客所在的具体位置。精度可控制在15-30厘米之内。

官兵快速查找

通过在管理平台搜索栏输入查找对象,就可以快速查找到官兵实时位置以高亮显示。

自动点名及统计功能

系统以尽可能快的频率自动对自定义区域内的战士进行扫描,从而实现无人干预的电子点名和统计。

官兵权限管理

通过在应用系统上进行区域及时间等属性设置,当官兵违反规定出现在禁止活动的区域时,系统立即自动报警。

紧急告警处理

当营区内官兵遭遇突发情况无法处理时,可通过长按工卡上告警按钮,向系统发出报警信号。

外来官兵管理

(1)实时告警

禁止区域、危险距离、现场危险、官兵陪同等各种告警类型灵活设置,提供区别于其他告警系统的实时现场告警。

(2)点对点告警提示

可结合手腕震动提示,现场实时提醒,并可与声光电等报警做接口。

(3)告警事件实时记录

系统后台实时获知告警信息、记录报警事件。

图3.8 统计后的大数据分析

3.3.2轨迹回放

系统支持轨迹回放功能,可以查询外来官兵、营区官兵、枪支或涉密物资的特定时间的坐标信息或特定时间段的运动轨迹;也可以通过轨迹回放功能计算外来官兵,营区官兵或涉密物资在某一地方驻留的时间,枪支在不同时间和不同地点的状态管理等统计分析。

3.3.3唯一ID标识

定位系统中每一个标签都有全球唯一的ID,可以记录枪支型号、官兵级别、涉密物资的配置信息、功能等,也能对进入军营的外来官兵进行有效区分,便于分类管理。

3.3.4全局位置显示功能

定位系统可以把所有标签实时的显示在同一界面上,并可根据需要选取现实特定群组或区域:

可在地图上全局显示定位目标的分布,并可查询其属性;

可根据标签属性选择某一属性(比如部门、兵种等)定位目标进行全局显示;

可选取特定区域,显示该区域定位目标分布。

3.3.5 车辆管理

营区车辆较多,车辆管理系统主要解决车辆出入管理、车辆在停车场快速查找。通过在车辆内安装车载定位标签,与定位基站进行通讯,将部队车辆派遣的申请和审批流程电子化,实现车辆派遣、外出、归队自动识别和管理。

3.3.5.1 车辆出入管理

l 车辆派遣申请及审批

自动记录车辆进出营区时间,如车辆在申请时间过后未归队或未申请私自开出,系统自动发出告警。

l 车辆现状统计

自动统计营区内现有车辆数量、型号及派遣外出车辆数量、型号。

l 外部车辆临时管理

通过在管理系统上设置相关参数,当外部车辆出现在权限范围之外的区域或超过规定时间未出来时,系统立即自动报警。

3.3.5.2 车库停、取车管理

l 车库内车辆盘点

自动盘点车库内现有各类型车辆数目,形成图表在监控平台中展示。

l 车库内车辆查找

在系统平台上可对车辆进行实时显示,通过查找功能可快速寻找指定车辆位置,解决大量车辆停靠时寻找麻烦的弊端。

l 车库内停车管理

对于车库内部分专用车辆停车位,当其余车辆停靠在上面时,系统会自动向监控中心发出告警,管理官兵可及时提醒该车辆更改停车位置。

3.3.6 门禁管理

定位标签集成了门禁卡,实现门禁、定位二合一。

系统可以智能化的统计出在某个区域内的官兵到岗情况,只要官兵进入工作定位区域内到达相应的工作岗位上,系统会自动生成签到,在一天的工作时间完成后,系统会根据官兵的在岗时间生成考勤报表,若在工作期间长时间离开,系统将会根据离开时间做出相应的处理,这样有效的防止官兵代打卡、中途离岗、迟到早退等情况,保证了考勤的真实性。

3.3.6.1 成员门禁使用授权

官兵门禁管理功能所管理的官兵范围包含四大类:内部编制官兵,非编制官兵、临时官兵、访客。上述四类官兵类型不同,管理方式亦不同,涉及到门禁权限,可以通过设置标签不同颜色来满足不同的授权管理方式,同时按官兵类型不同分级授权。不同重要区域要根据级别进行授权进入,否则拒绝进入。

3.3.6.2 访客管理

主要针对非部队官兵进入营区进行登记管理,防止非法外来官兵进入营区。当访客到达营区时,访客官兵提供身份证信息,岗哨值班员发放手环,离开将手环归还门岗,确定外来访客官兵的去向。同时对访客卡能够进入的门禁和时间段进行临时授权。

3.3.6.3 巡更

巡更是部队在平时及战时保障营区安全的一个重要手段,传统巡更方式某种程度上存在漏巡、不按时巡更、巡更不到位、巡更遇到突发情况无法及时报警等不安全巡更方式,在没有采用信息化手段之前,作为部队值班领导或值班员是无法即时得知巡更情况从而采取应急措施。因此,依据先进的U-loc定位系统,实现了对巡更计划的编制、巡更路线的制定、巡更情况实时监控、巡更遇警实时报警等全方位的管控功能。

l 当巡更官兵抵达某处巡更点时,系统将自动记录到达时间。

l 系统可查询某段时间内官兵巡更线路图,包括两个巡更点之间路线。

l 自动生成巡更报表、包括巡更时间、次数、线路图形等。

3.3.7 枪支弹药的管理

部分军队、武警部队对于枪支弹药的管理一直还处于传统的人工管理阶段。枪弹的保管和储存一直采用老式的枪弹柜,仅仅是能存放和储存,不能对其具体的使用情况进行管理。对于枪支的使用以及管理流程缺乏必要的技防手段来配合执行,近年来,由于枪支的使用官兵素质参差不齐与枪支配套管理的软硬件设施不完善,导致枪支丢失,被盗用而引发的涉枪案件时有发生。针对枪支弹药使用管理特点,在枪支上绑定定制标签,从而实现了对枪支弹药的编制、出库、入库、枪柜枪支在位实时监控、维修保养、枪支离位报警等全方位的管控。

图3.9 军营枪支储存

3.10 枪支管理

枪支弹药管理系统由枪支部分、监控指挥中心和应急分队部分组成,枪支部分负责枪支定位,监控指挥中心负责24小时监控和实时报警,应急分队负责突发事件的应急处置。

3.11 枪支管理系统

3.3.8 枪械离位报警跟踪

枪械离位报警跟踪系统是指综合运用北斗定位、UWB、移动通信、物联网、GIS等先进技术,对动态枪支、应急枪柜枪支等装备实施全天候实时监控的枪械装备管控;系统能对袭哨抢枪,擅离执勤哨位、巡逻路线及押运车辆偏离等突发事件第一时间报警,并将警情信号实时报送指控中心;通过结合室外北斗定位,形成室内外一体化定位系统能够直观显示枪械运行轨迹,准确判定被抢、丢失或藏匿枪支的位置,并积极引导应急分队有效处置,解决动态枪械安全管控难题。

3.3.8.1 应急处理

当发生紧急事件,应急分队携带室内外一体化平板进行枪支搜索。引导应急分队循迹查枪,及时消除隐患,枪械轨迹及循迹查枪如下图:

3.12 枪械循迹

3.3.8.2 实时监控

包括所有布防以及定位枪械的实时状态监控、流动哨位实时位置显示、开启或关闭布防预警、定位枪械规则设置、定位枪械详细信息查看等功能,初步完成了实时监控中所需要的基本功能。实时监控主界面如图3.13所示:

3.13 枪械实时监控

3.3.8.3 回查回放

回查回放功能用于历史报警记录的查询和显示,指定时间段定位器运动轨迹的调取和倍速回放等。模块主界面如图3.14所示:

3.14 回查回放
3.3.8.4 枪械追回

当发生枪械丢失及招抢事件后,按照系统流程进行追回处理,流程如图3.15所示:

3.15 枪械追回

3.3.9 贵重涉密物品管理

围绕部队贵重涉密物品的日常管理、借用、归还、授权、违规报警等管理要素,采用超宽带定位技术可以实现对贵重物品有效监管和追踪。同时对重要设备和存在安全性隐患较高设备进行电子围栏设置,确保人身和电网安全不受威胁,一旦进入该设备区域进行报警提醒和安全措施准备。对设备进行历史信息查询,异常移动记录,信息匹配查询和快速查找。保证设备在出现移动时进行轨迹跟踪。

l 对物品进行数字建档,量化管控;

l 物品按需申请,分级授权,安全可靠;

l 可设置多种报警事件,进行实时报警和预警提醒。

3.3.10 军事应用——训练演练

指挥所(监控中心)可实时掌握目标(士兵、战车等)的实时精准位置,并可结合骨骼跟踪技术追踪其动作,系统可以把实时数据以二维或者三维的形式可视化,与视频系统以及其他军事训练硬件如靶子、烟雾、音响和灯光等联动成为一体,增强训练的现场效果。另外,本系统可以被集成进其他各种战术评审系统中。有以下功能特点:

l 事后分析、训练评审:对训练情况进行事后分析,评审训练效果,改进战术编排。

l 训练场景、武器联动:根据官兵位置结合物联网技术进行实时训练场景联动,增强现场真实感。

l 实时检验训练过程:根据位置和既定的战术编排,指出训练过程的遗漏、检测战术动作是否完成。

l 自动判断训练效果:结合物联网和无线通信技术自动判断训练效果,士兵的反应。

3.16 官兵训练管理

3.3.11移动办公

移动办公指的是在营区内部监控中心数据通过附近的4G基站,实现在手持终端上访问智能管理系统。移动办公主要是为了解决首长在办公室外,遇到紧急事件也能进行快速的处理。

l 访客单处理

领导可通过终端随时处理访客申请信息。

l 实时关注营区内相关数据系统

在无线信号覆盖区域内,无论身处何处可随时查看营区内各项即时数据,如战士、干部人数,各类车辆数量等等,方便临时应急指挥。

3.3.12 安全区域报警

可在软件中轻松设定安全区电子围栏,警报区电子围栏等,一旦进入则触发相应级别的报警:针对军营区域场景保密级别较高,需要利用智能化管控系统实时监控官兵活动情况,对敏感区域或重要保护区域在系统平台划定逻辑区域形成电子围栏,根据官兵实时传回的位置信息,通过数据库中存储的电子围栏信息对比判断官兵是否进入电子围栏。当非授权官兵进入电子围栏,管控平台发出提示信息,并与相应区域的视频进行联动,实时查看报警区域及相关官兵的违规事件,并进行报警提示,从而避免官兵伤亡和危险事故的发生。

3.17  电子围栏

3.3.13视频联动

军营管理区域是敏感区域,利用视频监控系统对现场进行实时监控,在事件发生后又可以调取相关事件的录像,为分析事件原因、划定事件责任提供重要的依据。

利用U-Loc定位系统实时对区域的官兵和事件进行定位和记录,并将结果回传至管控平台,管控平台根据结果联动现场摄像头实时查看现场情况,增强现场管控力度:

联动视频监控系统,对工作官兵的设备操作过程进行自动跟踪和记录;

异常或报警发生时自动调用官兵位置附近的摄像头,快速查看异常情况;

危险事件发生时,可以利用视频联动快速响应,处理事件;

视频录像应按时间先后顺序进行一一存储,并可根据时间或轨迹信息进行检索与回放;

在事件发生后,又可以及时调取相关视频对事件进行回放,增强事物的处理能力。

3.3.14API接口

系统提供丰富的API接口,根据需求定制相关的API接口,可以与军营原有的工作系统进行集成,并提供给用户丰富的二次开发接口,供用户进行开发,定制自己的应用功能。

4 、技术支撑

4.1U-Loc室内厘米级实时定位系统
4.1.1 系统介绍

U-Loc室内厘米级实时定位系统是一款基于极窄脉冲超宽带(IR-UWB)技术,为有效解决室内、矿井、隧道等卫星信号无法覆盖区域的定位而开发的高精度实时定位产品。

4.1.2工作原理

在U-Loc室内厘米级实时定位系统中,官兵或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据,接收机接收、放大UWB信号,经同步分配器校准接收机时钟,计算出定位标签信号到达不同接收机的时间差(TDOA),然后定位引擎采用TDOA定位算法对标签位置进行解算,最终通过有线或无线的方式传输到信息处理及控制平台。

4.1.3系统组成

图 4.1联睿U-Loc室内厘米级实时定位系统结构图

U-Loc室内定位系统主要由三部分组成:1、定位传感网络,包括定位基站(Master和Slave)和定位标签(Tag);2、局域网;3、定位信息处理平台。

其系统结构图如图4.1所示。

系统的各组成部分功能为:

⑴定位标签(Tag)

定位标签配置在待定位官兵或设备上,用于发

射超宽带定位信号。

工作模式:休眠模式、激活模式。

休眠模式——在目标长时间静止或无需定位时保持休眠,节省电量

激活模式——在需要定位时对目标进行实时定位

⑵定位基站

定位基站分为主基站(Master)和从基站(Slave),定位基站固定在已知位置,作为位置基准,用于接收标签发射的UWB信号,并通过网络传输层,将定位信息传至定位信息平台;主基站除具备从节点接收功能外,还向各从基站发射同步信号,使各个定位基站获得统一的时钟,以便获得标签发射的信号到达不同基站的时间差(TDOA)。

⑶局域网

用于定位传感网络和定位信息处理平台的联通,负责将定位传感网络获得的标签的位置信息传送给信息处理平台。

⑷定位信息处理平台

定位信息处理平台通过优化的TDOA定位算法,解算出标签的实时位置及运动轨迹:可精准快速地进行小区同步和全局同步;采用时隙划分、优化碰撞等算法,大幅度提高系统的容量、稳定性和实时性;同时配置定位基站和定位标签的工作参数。

4.1.4系统流程

U-Loc室内厘米实时定位系统的工作流程是:在示范区域内架设基站,为需定位的设备、物品以及官兵配置定位标签,定位标签通过定位基站将实时定位数据传回后台服务中心,后台服务中心通过优化的高精度定位算法,解算出设备和官兵精确的实时位置信息及运动轨迹,并将位置信息在室内地图上显示,实现实时高精度定位,为室内导航路径规划、重点区域的巡查提供精确的参考基准点。

图 4.2 U-Loc系统工作流程

4.1.5系统功能

U-Loc室内厘米级实时定位系统具有传输速率高、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、定位精度高、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点。因此,采用U-Loc室内厘米级实时定位系统进行官兵和设备定位将会展现出现有定位产品所无法达到的效果与功能。其主要功能如下:

n 多模式定位:支持多种模式,包括感知定位(粗略模式),1维(流水线/走廊配置),2维(精确平面定位)和2.5维(精确平面定位加上楼层区域信息)。


图 4.3多模式定位

精准定位:采用先进的IR-UWB定位技术,在室内可达到10cm-15cm的定位精度。

 实时定位:0.1Hz-50Hz可调的刷新速率,确保位置实时更新。

 全局显示:可在后台电子地图中全局化显示和查询区域内所有目标的位置。

 轨迹显示:记录待定位官兵的运动轨迹,显示不同的颜色,便于官兵分类管理。

分类跟踪:对于不同目标,可配置不同等级的标签以作区别,达到更大限度的定位需求,使后台管理更加便利、完善。

历史数据查询:可回放查询历史时刻或时间段目标的位置、轨迹、停留时间等信息。

安全区域报警:后台可划分定位区域内安全区电子围栏、警报区和禁区电子围栏等不同级别和类型的区域,目标一旦进入便触发相应级别的报警。

终端多样化:管理官兵可通过手机端APP、平板电脑APP、后台APP进行实时移动查询。

4.1.6技术指标

U-Loc室内厘米级实时定位系统的技术指标如下:

 定位精度:10-15cm

频率范围:3.1GHz~7.0GHz   (中心频率可调)

 带宽:    500MHz、1GHz       (可调)

比特率:  110Kbps、850Kbps、6.81Mbps

发射功率谱密度:≤-41.3dBm/MHz

每个标签具有全球唯一的64位电子编码,可用于标识官兵或物体

支持0.1-50Hz多种刷新速率

标签容量:2000+

 作用距离:单基站作用距离为35-150m。

4.1.7系统优势

和传统的室内定位技术相比,U-Loc室内厘米级实时定位系统主要有以下几个优势:

1) 高实时性

基于IR-UWB技术的无线实时高精度定位平台,依靠由多个强大的数据采集传感器组成的集成网络来即时发送信号,相当于室内的GPS,更精准,动态地告诉你“现在正在发生什么”。

2) 厘米级定位精度

优化的定位算法,保证在室内等多径效应显著的应用场合的高精度定位,能够同步、精准、实时地提供给定区域内的官兵和设备的瞬间位置和运动信息,便于管理者直观、全局化地把握现场情况,从而做出决策。

3) 强抗多径干扰能力

U-Loc系统采用超宽带(UWB)技术,利用无载波的超短脉冲进行通信,纳秒级的极窄脉冲具有较高的时间分辨率,能将直达信号和多径信号分离,具有较强的抗多径干扰能力。

4) 高稳定性

极窄脉冲间的时隙容易识别,结合到达时间差定位法(TDOA)定位目标,与基于接收信号强度的传统定位技术相比,对应用环境的电磁、物理干扰不敏感,能够实现较高的定位精度。

5) 布设简便

自组网的无线连接架构,使系统部署更简单、稳定可靠。

6) 高安全性

辐射极小,不到手机辐射的1%。

4.1.8系统应用

U-Loc高精度实时定位系统的应用场所可分为以下四类:

一、需要获取目标精准、实时的瞬间位置和运动信息的场所

如:养老院、监狱、戒毒所管理、军事训练、人防安全、消防急救等;

二、需要详细的历史轨迹信息的场所

如:大型超市消费习惯分析、精准广告投放、电力巡检、体育训练等;

三、需要解决室内导航、路径规划等问题的场所

如:智能物流系统、智能工厂调度系统、机器人自主导航、机场官兵、行李定位导航;

四、需要防爆、抗干扰等的复杂多径环境

如:石化工厂、煤矿井下等。

U-Loc高精度实时定位系统的应用十分广泛,实际应用有(未全举):

1) 官兵定位监管

 实时对目标官兵进行监管,实时查看全部监管目标的位置和运动轨迹,简化点名机制;异常报警,提高安防水平;多监管系统联动,提高管理水平。

2) 室内定位导航(高精度室内定位)

用户进入某陌生的大型室内建筑时,如购物中心、机场、展馆等,由于面积较大室内布局复杂,常常会迷路,无法得知自身所处环境位置,遇到类似困扰的用户此时只需通过定位标签即可以在地图上看到自己在购物中心或展馆的位置,非常方便。

3) 个性化导览导航

在大型场所中,用户可能特想寻找店铺、产品或服务,比如购物中心化妆品区、机场停车场入口、展馆感兴趣展位,但由于环境陌生并不知道如何行走,这个时候,用户只要打开手机浏览器,在电子地图上找到目的地之后,点击一下目的地,系统将自动生成导购、导览或导航的路径,快速准确指引用户到达,地图上的位置信息跟随用户移动而移动,随时更新位置。

4) 公共安全(火灾等突发危险事件)

主要用于紧急情况发生时,快速定位求助者的位置,方便一线救援官兵在救援现场快速开展准确的搜救行动,能大量缩短救援时间,抢救遇险者的生命。

5) 司法巡检

狱警巡检过程中,传统的监控设备是对讲机和视频存在弊端,无法得知狱警是否按照规定的路线、时间去巡检。狱警配备定位标签后,配合U-Loc定位系统,可以有效的监督巡检过程,有效的防止空班漏检现象,可以做到发现问题及时处理。

6) 仓储物流管理

在大型仓库中,可通过宽带定位技术实现对仓储区域内外的货物、推车以及官兵的实时无缝高效的定位,并将定位信息及时准确的反映到仓储的控制中心,操作官兵可以在系统界面中实现对物资的实时监控、配送、管理和智能化调度等任务。

7) 智能管线巡检

针对城市管线或大型综合体管线量多复杂的特点,可通过定位技术实现智能巡检。巡检官兵可通过手持设备可以进行管线信息查询、巡检路线查询、自主导航、异常报警等,并可自动或手动上报巡检信息;并可通过电脑客户端(或Web客户端)登陆系统平台,随时查看各部门、各人的巡检到位情况,结合电子地图可查看管线信息,巡检轨迹,异常点分布等,从而实现了对巡检工作信息化、数字化、网络化、图形化的管理,为巡检制度的落实及资源管理提供了技术保障;后台管理中心也可对巡检工作和管线信息进行统计、分析、处理、制作报表等。

8) 停车场车辆管理

通过室内定位技术,可实现对停车场车辆的综合管理,提高停车场管理工作的效率和智能化。

9) 官兵考勤

会议、展会、课堂、室外活动、旅游团等官兵统计,可以实现即时签到、随时随地点名。可以比较应到官兵名单,显示未到官兵,并可以记录进入和离开区域时间,统计在场停留时间。

关于我们:郑州联睿电子科技有限公司成立于2010年3月,现为上市公司广州中海达卫星导航技术股份有限公司旗下企业,专业从事无线高精度定位、室内外一体化定位等相关技术的研究和开发工作。目前,公司以室内精准定位(UWB)为核心技术,为各行业提供厘米级到米级高精度定位的解决方案和相关服务。

联睿电子一直坚持以自主研发,技术创新为主导,打造国内领先的室内、外一体化实时高精度定位系统。室内定位近年来逐渐成为空间信息产业的核心技术,既打破了GPS在室内无法工作的窘境,又促进了物联网关键技术的突破。目前,联睿电子自主研发的U-Loc室内厘米级实时定位系统,定位精度高,功耗低,辐射小,能够精准、实时地为客户提供既定区域内的官兵和设备的实时位置和轨迹信息,便于客户直观的从全局把握现场情况从而做出决策,可广泛应用于智能工厂、仓储物流、智慧医疗、智能巡检、安防监控、智慧城市等领域的官兵和设备实时精准定位。

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  • 智慧军营 联睿