UWB技术在消防员位置定位系统研究与应用
火场消防员自主定位系统的设计
张岩 松 ,梁 步 阁 ,赵党 军 。杨德 贵 ,张 伟军 (1.中南 大学 航 空航 天 学院 ,湖 南 长沙 4100750)
摘 要 :探 讨 多传 感 器 的 室 内 自主 定 位 技 术 的 工 作 原 理 和 系统 组 成 。用 于 火场 救 援 的 多传 感 器 自主 定 位 系统 ,能 够 实 现 实时 高精 度 的 火场 救 援 人 员 自主 定 位 要 求 ,为 火 场 外 指 挥 员 的 作 战 指 挥 和 火场 内 消防 战 士 的安 全 提 供 保 障 。 实验 表 明 ,与 传 统 的 一 些 室 内导 航 技 术 相 比 ,系 统 更 加 稳 定 ,适 应 性 强 ,成 本 低 ,精 度 高 。
此 项 目的总 体 技 术 方 案 如 图 1所 示 。整 个 系 统 主要 分 为 鞋 载 自主 定 位 传 感 器 、臂 挂式 UWB定 位 单 元 、UWB 定 位 基 站 、后 端 指 挥 平 台 四 大 单元 。
在 自主导 航 状 态 下 ,鞋 载 自主 定 位 传 感 器 依 靠 Ar— duino控 制 器 对 加 速度 计 、陀螺 仪 、磁 力 计 和 气压 计 、温 度 计 两 个 微 型 传 感 器 芯 片 所 感 应 数 据 进 行 读 取 ,并 无 线 上 传至臂挂式 UWB定 位单元 。臂 挂式 UWB定 位单元再 对 这 些 数 据 进 行 分 析 处 理 ,得 出 当前 消 防 员 运 动 状 态 以 及 所 在 位 置 相 对 坐 标 并 进行 临 时存 储 。 当搜 索 到任 何 一 个 UW B定 位 基 站 信 号 后 ,臂 挂 式 UW B定 位 单 元 利 用 UWB雷 达 收 发 模块 迅 速 实 现 对 当前 消 防 员所 在 位 置 坐 标 的标 定 和修 正 ,并 将 该数 据 上 传 至 该 UW B定 位 基 站 。 UWB定 位 基 站 利 用 I AN 网线 或 以 wIFI无 线 方 式 将 当 前 消 防员 所 在 位 置 信 息 回传 至 后 端 指 挥 平 台 。这 时 ,后 端 指 挥 平 台利 用 各 个 消 防 员 回传 的 准 实 时信 息 对 当 前 情 况 进 行 综 合 判 断 ,并 作 出 最 佳 决 策 ,利 用 LAN 网线 或 以 W IFI无 线 方 式 将 最 新 指 令 下 发 给 UWB 定 位 基 站 。 UWB定 位 基 站 之 间 信 息 和指 令 共 享 ,当该 消 防 员 仍 处 于 本 基 站 或 下 一 次 再 进 行 任 何 一 个 基 站 工 作 范 围 内 时 , UW B定 位 基 站 将 最 新 的 指 挥 指 令 及 时 下 发 给 消 防 员 臂 挂 式 UW B定 位 单元 。消 防 员 获 得 指 令作 出相 应 正 确 的
UWB定位系统行业应用解决方案
UWB定位系统行业应用解决方案(版)嘿,大家好!今天咱们来聊聊UWB定位系统在行业应用中的解决方案。
UWB,也就是超宽带技术,近年来在定位领域可是大火特火。
那么,如何将这项技术应用到各行各业中,发挥出它的最大价值呢?我们就从实际应用出发,一步步探讨一下。
咱们得明确UWB定位系统的优势。
它的高精度、低功耗、抗干扰能力强等特点,让其在室内定位、物体追踪、人员监控等领域有着广泛的应用前景。
那么,具体到各个行业,UWB定位系统又能发挥出怎样的作用呢?一、智能制造领域在智能制造领域,UWB定位系统能够实时追踪生产线上的人员和设备。
比如,在工厂内部,通过UWB定位技术,可以精确测量员工的位置,从而实现智能化的人员调度。
同时,对于设备,UWB定位系统能够实时监控其运动轨迹,预防设备故障,提高生产效率。
二、物流仓储领域物流仓储领域是UWB定位系统发挥作用的另一个重要场景。
通过在仓库内部署UWB定位基站,可以实现实时追踪货物的位置。
这样一来,仓库管理人员就可以随时掌握货物的存储状态,提高仓储管理效率。
UWB定位系统还能助力无人搬运车(AGV)精确行驶,降低物流成本。
三、医疗健康领域在医疗健康领域,UWB定位系统可以应用于患者监护、医疗设备追踪等方面。
比如,在病房内部署UWB定位基站,可以实时监测患者的位置和行动轨迹,防止患者走失。
同时,对于医疗设备,UWB定位系统能够实现快速查找,提高医护人员的工作效率。
四、智慧城市领域在智慧城市建设中,UWB定位系统同样具有广泛的应用前景。
例如,在地下停车场,通过UWB定位技术,可以实时显示车辆位置,方便车主快速找到车位。
在公共安全领域,UWB定位系统可以实时追踪嫌疑人,提高抓捕效率。
我们具体谈谈UWB定位系统在各个场景中的解决方案。
1.室内定位解决方案室内定位是UWB定位系统的基础应用。
通过在室内部署UWB定位基站,结合智能终端设备,可以实现高精度的室内定位。
具体步骤如下:(1)部署UWB定位基站:在室内各个角落部署UWB定位基站,确保覆盖范围。
UWB定位系统行业应用解决方案
UWB定位系统行业应用解决方案
UWB技术(Ultra-wideband,超宽带)是一种通过广泛频带传输和接
收无线电波信号的技术。
在UWB定位系统中,利用UWB技术可以实现高度
准确的室内定位,具有高精度、低功耗、阻障能力强等优点,被广泛应用
于室内导航、物流管理、智能工厂等领域。
以下是UWB定位系统在不同行
业中的应用解决方案:
1.室内导航:UWB定位系统可以实现室内精确定位和导航,为用户提
供准确的室内导航服务。
在机场、商场、展览馆等复杂环境中,用户可以
通过手机APP等终端设备,准确找到目的地或者定位到感兴趣的商店或展位,并且提供实时路线导航。
同时,UWB定位系统还可以应用于盲人导航,为视障人士提供一种全新的导航方式。
总结起来,UWB定位系统在室内导航、物流管理、智能工厂、室内定
位助老助残和安全监控等行业中具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发
展和创新,UWB定位系统将为各个行业提供更多的解决方案,提高工作效率、降低成本和提供更好的用户体验。
基于UWB定位的实时人员安全管理系统介绍
基于UWB定位的实时人员安全管理系统介绍随着科技的快速发展,定位技术在各个领域的应用越来越广泛。
UWB (Ultra-WideBand)超宽带定位技术是一种基于无线通信的定位技术,具有高精度、高可靠性和高实时性等特点。
基于UWB定位的实时人员安全管理系统可以有效地对人员进行定位和管理,提高人员的安全性和管理效率。
UWB定位终端是系统的核心设备,可以通过无线通信与基站进行通信,并获取基站发送的定位信号,实现自身的定位功能。
UWB定位终端可以通过携带在身上的方式,如佩戴在腕带、胸卡等设备上。
通过UWB定位终端的定位功能,系统可以实时获取人员的位置信息,并将其传输到基站进行处理。
基站是系统的重要组成部分,主要负责接收和处理UWB定位终端发送的定位信号。
基站可以通过多个天线接收UWB传输的信号,并利用信号强度、到达时间差等信息进行定位计算。
基站还可以通过无线网络将定位数据传输到服务器进行进一步处理和管理。
服务器是系统的核心处理中心,负责接收和处理基站发送的定位数据,并将其存储到数据库中。
服务器上运行的数据处理和管理平台可以对定位数据进行实时监控和分析,提供多样化的数据展示和查询功能。
管理员可以通过数据处理和管理平台实时查看人员的位置信息,对人员进行监控和管理。
同时,系统还可以设置安全区域和安全路线,一旦人员越界或发生异常情况,系统可以发出警报并及时通知相关人员。
基于UWB定位的实时人员安全管理系统具有多重优势。
首先,UWB定位技术具有高精度和高可靠性,可以实现对人员位置的精确定位。
其次,UWB定位系统具有高实时性,可以实时监控人员的位置信息,及时发现异常情况。
第三,UWB定位终端小巧便携,可以随身携带,方便实际操作。
基于UWB定位的实时人员安全管理系统适用于各种场景,如工地、危险区域、医院等。
例如,在工地中,管理员可以通过系统实时了解工人的位置信息和工作状态,及时发现并处理安全隐患。
在医院中,可以通过系统对患者的位置进行监控和管理,提高患者的安全性和护理质量。
UWB定位设备和应用案例介绍
UWB定位设备和应用案例介绍UWB(Ultra-Wide Band)定位技术是一种高精度、高速传输的无线定位技术。
它通过使用大带宽信号传输数据,可以实现对目标物体的高分辨率定位和跟踪。
UWB定位设备可以用于各种应用场景,如室内定位、智能家居、安防监控、无人驾驶等。
在下面的文章中,我们将介绍UWB定位设备的原理和几个应用案例。
一个常见的UWB定位设备应用案例是室内定位。
在大型建筑物和复杂环境中,人们往往需要准确知道自己的位置,以便导航到目的地或找到特定的物体。
传统的GPS定位在室内的定位精度有限,而UWB定位设备可以提供更高精度的定位结果。
它可以被安装在建筑物内的墙壁或天花板上,利用UWB信号与人体或物体之间的相互作用进行位置测量。
借助UWB定位设备,人们可以实时跟踪自己在室内的位置,并得出最佳的导航路径。
另一个UWB定位设备的应用案例是智能家居。
在智能家居系统中,UWB定位设备可以用于智能灯光控制、智能电器的自动开关等功能。
例如,当用户进入一些房间时,UWB定位设备可以检测到用户的位置,并根据预设条件自动打开灯光和电器。
这样不仅提高了用户的舒适度,还可以节省能源和实现自动化。
安防监控是另一个UWB定位设备的重要应用领域。
通过将UWB定位设备与监控摄像头集成,可以实现对目标物体的高精度跟踪和监控。
例如,一个建筑物的入侵警报系统可以使用UWB定位设备来检测和跟踪入侵者的位置,并将相关信息发送给安保人员。
这种高精度的定位可以提供更灵敏的警报系统,减少误报和失误。
无人驾驶是UWB定位设备的另一个潜在应用领域。
随着无人驾驶技术的发展,高精度的定位是实现自动驾驶的关键。
UWB定位设备可以用于定位无人驾驶车辆及其周围的环境物体,实现高精度的地图构建和车辆自身定位。
这样可以提高无人驾驶车辆的安全性和导航精度。
总结起来,UWB定位设备是一种高精度、高速传输的无线定位技术。
它可以应用于室内定位、智能家居、安防监控、无人驾驶等多个领域。
论空间定位技术在消防救援行动中的应用
论空间定位技术在消防救援行动中的应用摘要随着经济发展和科技进步,消防救援队员作战任务愈来愈艰巨。
本文详细介绍了空间定位技术的原理,并重点介绍了UWB和ZigBee技术在消防救援中的应用。
最后结合消防救援的特性分析空间定位技术在消防救援行动中的必要性和重要性。
关键词空间定位技术技术原理消防救援行动应用目前,中国城市化发展愈来愈快,给消防部队带来的挑战也愈来愈大。
怎样在复杂的作战任务面前,充分发挥作战能力是摆在消防人员面前的一大难题。
而空间定位技术的出现则有效地缓解了这一难题。
1空间定位技术的介绍空间定位技术是在美国最先研制的,并且主要应用于海、陆、空导航与定位的新一代系统。
空间定位技术是根据高速运动的卫星作为起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。
空间定位技术的特点:(1)全天候和全球化的为用户提供实时有效的三维位置;(2)定位精度高,采用的差分定位极大提高了精确度;(3)位置定位更加灵活,操作更加简便。
2空间定位技术在消防救援行动中的应用空间定位技术方式多样,应用范围也颇为广泛。
其移动终端定位主要包括室内定位技术(包括光跟踪技术、蓝牙定位、UWB定位和ZigBee定位等)和移动定位技术(包括Cell-Id技术和GPS定位技术)。
室内定位技术和移动定位技术这两种技术,根据其优缺点的不同在消防救援行动中发挥着不同程度的作用[1]。
2.1消防救援行动中室内定位技术分析室内定位技术主要用于实现精确的空间三维,如在处理突发性、恶性事故中确定消防队员在室内的精确位置。
目前空间定位技术所具有的模式主要有:光跟踪技术、蓝牙技术、UWB技术和ZigBee技术等。
2.1.1光跟踪定位系统光跟踪定位技术要求利用探测器(视频类等设备)对目标进行跟踪,通过特定算法和人工观察来定位可预测目标。
当前的光定位技术主要利用红外线摄像机和红外线发光二极管的系列协调配合,使用机器人系统的配合最终达到定位的目的。
但可惜的是,这种定位系统因对消防救援意义不大,所以没有得到很大的应用。
基于UWB的消防救援定位系统优化设计
基于UWB的消防救援定位系统优化设计
潘有顺,彭天昊,康万杰 (茅台学院酿酒工程自动化系,贵州遵义564500)
摘 要:利用UWB技术设计一种消防救援定位系统,通过 感知层对UWB定位标签进行测距,网络层将测距结果传送给应 用层中UWB定位服务器进行实时定位处理。介绍定位系统的 整体设计、UWB基站模块与UWB标签模块的构成、UWB定位 系统的布置、相关的定位算法及卡尔曼滤波。系统测试结果表明, 经过KF的处理提高了系统飭定位精度,误差控制在厘米级。
位精度低,抗干扰能力差,通常难以对待定位目标进行有
效信息的识别。相对上述三种定位技术.UWB定位利用 纳米级无线电磁脉冲信号进行定位,具有定位范围米级, 为实现对消防救援人员在复杂条件下进行高精度的实时 定位提供了良好的解决方案。
针对上述问题,笔者提出一种基于UWB的消防救援 定位系统,即在智能建筑中采用UWB智能基站模块和 UWB标签模块,在二维空间上实现对消防救援人员实时
UWB智能基站模块布设于特定的应用场景后,将其 调试为位置的基准设备,用于接收标签发射的超宽带
(UWB)信号。数字接收单元将超宽带信号解调成数字ID
与标签模块数字坐标数据,通过SPI接口传输到MCU处 理器单元,MCU处理器单元运行预设的算法程序计算基
消防救援人员进入感应区域时,向周围发射一定频率的脉
冲信号,UWB智能基站模块接收到其信号后,进行RSSI 测距;UWB控制器主要协调控制感知层系统工作,有效管
理基站及定位标签,同步处理多个基站发来的测距信息, 上传信息到网络层。网络传输层主要由无线局域网和有 线以太网组成,实现测距信息的实时传送和通信以及相关
关键词:消防;应急救援;UWB;定位;卡尔曼滤波 中图分类号:X924.4, TU99&1, TN926 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2019)06-0867-04
基于uwb技术的无线火警定位系统的研究
基于UWB 技术的无线火警定位系统的研究施志荣(漳州职业技术学院电子工程学院,福建漳州363000冤摘要:为了进一步提高火灾自动报警系统的智能化水平,使用双侧双向测距法和三边测量法构建了一种新型的无线火灾定位系统.测试结果表明,基于UWB 技术的无线火警定位系统节约了布线成本,并能够实现室内火源信息的报警和定位,具有一定的实用价值,应用前景广泛.关键词:定位系统;超宽带;双侧双向测距法;三边测量法中图分类号:TN99文献标志码:A 文章编号:2095-7122(2019)04-0051-06收稿日期:2019-06-08基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(JZ180804)作者简介:施志荣(1980-),男,福建省晋江市人,讲师.A Study on the Wireless Fire Positioning System Based on UWB TechnologySHI Zhirong(College of Electronic Engineering,Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou Fujian 363000,China )Abstract :In order to improve the intelligence level of automatic fire alarm system,double-sided two-way ranging and trilateral positioning are used to build up a new wireless fire positioning system.The test shows that the wireless fire positioning system based on UWB technology can report and position the indoor fire while saving the cost to lay out the wire,which has practical value and promising prospect.Key words:positioning system;ultra-wideband;double-sided two-way ranging;trilateral ranging近年来,中国城市化的进程明显加快,大型的公共场所越来越多.火灾作为一种频发的灾害,时刻威胁着人类的生命安全,严重影响了社会经济的发展.传统的有线式火警系统需要的线材多、安装工作量大、维护及升级困难,越来越不能满足现代消防的需求.本文以DWM1000为通信模块、STM32F103C8T6单片机为控制器、MQ-2烟雾传感器和DS18B20温度传感器为火灾探测器,使用双侧双向测距法和三边测量法构建无线火警定位系统.火灾发生时,无线火警定位系统能够及时报警并计算出火源的精确位置,从而有效地指导消防部门进行救援工作.1系统总体结构基于UWB 技术的火警定位系统主要由三个基站节点和一个标签节点构成.系统结构如图1所示.因为需要支持多标签定位,所以整个系统以基站主动扫描标签的方式构建,设置基站为主动端、标签为被动端,将所有行为集中在主基站(A 基站)上.由于通过操控配置主基站就可以实现所有的执行行为,因此极大地提高了系统的稳定性和操控性.具体行为如表1所示.19年2硬件设计定位基站和移动标签采用一体化设计,其硬件配置主要包括处理器模块、无线通信测距模块、火灾探测器、存储器和电源.2.1处理器及定位模块的设计处理器模块选择意法半导体的微控制器STM32F103C8T6.相比其他系列单片机,STM32F103C8T6资源更丰富、执行速度更快;并且STM32F 系列单片机使用串口进行程序烧写,使用方便;另外,因为内部集成了看门狗电路,所以STM32F103C8T6具有很强抗干扰能力、适合于多种应用场合.MCU 连接电路如图2所示.图1系统结构图Fig.1System ’s Structure次基站(C 基站)标签(ID :0-247)次基站(A 基站)次基站(B 基站)上位机(PC )串口行为主动端1A 基站被动端标签说明A 基站与标签测距2A 基站B 基站A 基站给B 基站下达测距指令3B 基站标签B 基站与标签测距4B 基站A 基站B 基站将测距信息返回给A 基站5A 基站C 基站A 基站给C 基站下达测距指令6C 基站标签C 基站与标签测距7C 基站A 基站C 基站将测距信息返回给A 基站8A 基站上位机A 基站计算出标签的坐标并发送给上位机表1系统执行行为Tab.1System ’sperformance图2MCU 连接电路Fig.2MCU connected circuit 闽南师范大学学报穴自然科学版雪20522.2火灾探测器的设计在火灾自动报警系统中,火灾探测器相当于系统的“眼睛”,是整个系统的关键组成器件.为了提高报警系统的可靠性、避免漏报和误报,选择烟雾浓度和环境温度作为火灾参量进行探测,即使用MQ-2烟雾探测器和DS18B20感温探测器对火灾进行探测.探测电路如图4所示.2.2.1MQ-2感烟探测器火灾的发展过程一般分为初起、发展、猛烈、下降、熄灭五个阶段.火灾发生时,只要发现及时,很容易将其消灭在萌芽阶段并把损失降到最低.因此,火灾扑救的最佳时机是在起火的初起阶段.MQ-2烟雾传感器能对多种可燃气体进行有效检测,具有灵敏度适中、响应与恢复特性好、不易受环境影响等优点,适用于一般办公场所的气体泄漏监测.因此本系统选择MQ-2作为火灾自动报警的感烟探测器.MQ-2的1、3、5引脚接电源正极VCC ;第4引脚接下拉电阻R5;第2、6引脚为信号输出端,接下拉电阻R4;C3为滤波电容.因为电路使用5V 供电,所以MQ-2信号输出端的电压范围为0~5V.为了使信号的电压低于STM32F103C8T6的正常工作电压3.3V ,在信号输出端接上两分压电阻R20、R25.最后,反映烟雾浓度的电压信号由PB1引脚传送给控制器进行判断、处理.2.2.2DS18B20感温探测器由于传统报警系统往往只针对火灾信号的一种参量进行探测,因此容易出现漏报或误报的现象.为了提高火灾报警的可靠性,系统采用多传感器复合探测技术,使用数字式DS18B20温度传感器作为感温探测器进行火灾探测.DS18B20第1引脚接地;第3引脚接5V 电源的正极;第2引脚是信号输出端,接4.7K 的上拉电阻.DS18B20采集的温度信号最终由PA8引脚传送给控制器STM32F103C8T6进行判断、处理.无线通信测距模块选择DecaWave 半导体公司研制的DWM1000射频模块[1].因为没有集成微控制器,所以DWM1000必须通过SPI 接口挂载在STM32F103C8T6上[2].DWM1000连接电路如图3所示.图3DWM1000连接电路Fig.3DWM1000connectedcircuit图4MQ-2及DS18B20测量电路Fig.4Gauge circuit of MQ-2and DS18B20施志荣:基于UWB 技术的无线火警定位系统的研究第4期5319年SS-TWR 测距的具体测量过程:节点A 发送一个Poll 数据包到节点B ,节点B 收到数据包后返回一个确认包.节点A 发出Poll 数据包到接收到确认包用的时间为T 1,节点B 收到Poll 数据包到发出确认包用的时间为T 2[3].那么UWB 信号在节点间的传播时间T p 为:(1)因此,两点间的测量距离d 等于信号传播时间T p 乘以光速c 即:(2)由公式(1)、(2)可知:SS-TWR 测距法是利用UWB 信号在空气中传播的时间差来计算两个节点间的距离.因为两点间的测量距离等于信号传播时间T p 乘以光速,所以测量T p 时产生的微小偏差也会造成很大的计算误差并最终影响两点间的测距精度.由于SS-TWR 测距仅通过一次无线信号的往返来减小信号传播时间T p 的误差,因此两个节点的时钟必须具有很高的精度.假设节点A 和节点B 使用各自独立的时钟源并且都有一定的偏差,节点A 的时钟误差为e a 、节点B 的时钟误差为e b ,那么因为时钟误差引起的误差△T 为:因为T p <<T 2,所以(4)由公式(4)可知,节点A 和B 的时钟误差都会对T p 的测量值造成影响,SS-TWR 测距法消除误差的主要方法是尽量降低T 2的时间.由于时钟误差引起的影响是SS-TWR 测距方式无法避免的,因此在实际的测量中SS-TWR 测距法很少被采用.3UWB 测距与定位原理3.1UWB 的测距原理UWB (Ultra-Wide-band )又名超宽带,是一种新型的无线通信技术.UWB 信号具有低功耗、穿透力强等优点,适用于室内精确的测距与定位.系统通过测量UWB 信号在基站与标签节点间的传播时间,并运用双向测距法计算求得基站与标签节点间的精确距离.3.1.1单侧双向测距法单侧双向测距(Single-sided Two-way Ranging )计算原理如图5所示.图5单侧双向测距原理Fig.5Single-sided two-way ranging principle测距数据包(Poll )确认包节点B闽南师范大学学报穴自然科学版雪2054.(3)(5)两式相乘可得:,即最终可得(6)假设节点A 和节点B 使用各自独立的时钟源并且都有一定的偏差,节点A 运行频率与预期频率之比为k a ,节点B 运行频率与预期频率之比为k b ,并且k a 与k b 都趋近于1[4],那么因为频率偏差引起的误差△栽为(7)由公式(7)可知,使用DS-TWR 测距法进行测量大大降低了频率偏差产生的测距误差.同时采用基于三消息方式的双侧双向测距法极大地提高了程序设计的灵活性、减少了系统开发的工作量,因此无线火灾自动报警系统采用基于三消息方式的双侧双向测距法来测量基站与标签之间的距离以实现对标签的精确定位.3.2基于三边测量法的定位原理在系统结构图中,主基站A 和次基站B 、C 都是已知节点,坐标分别设为(x a ,y a )、(x b ,y b )、(x c ,y c );标签位置未知,坐标设为(x ,y ).标签与基站A 、B 、C 的距离分别为d a 、d b 、d c .根据距离公式可得3.1.2双侧双向测距法双侧双向测距法(Double Sided Two Way Ranging )是在SS-TWR 测距法的基础上再增加一次反向TWR 测量,利用两次的测量进一步减小时钟不同步和时钟漂移造成的测距误差以达到提高测距精度的目的.基于三消息方式的双侧双向测距原理如图6所示.图6基于三消息方式的双侧双向测距原理Fig.6Double sided two way ranging principle based on three message标签节点基站节点测距数据包(Poll )应答包测距数据包(Poll )确认包施志荣:基于UWB 技术的无线火警定位系统的研究第4期55.,,19年实验结果表明:被测系统的绝对误差基本上保持在30cm 以内,效果理想,可以满足对火源点精确定位的要求.5结语本文设计了一种基于UWB 技术的无线火警定位系统,实现了对携带火灾探测器的标签节点的实时定位,并在实验室内进行了实际的定位测试,验证了将UWB 定位技术应用于火灾报警的可行性.基于UWB 定位的火灾报警系统能够有效地提高火灾救援的工作效率,因此具有广泛的应用前景.参考文献:[1]申伟光.基于UWB 技术的煤矿井下无线定位系统[J].煤矿安全,2018,49(10):131-134.[2]王震,郭建.改进TDOA 算法的UWB 室内定位系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2017(5):34-37,67.[3]殷臻,慧哲,李伟,等.罗印升.基于SDS-TWR 算法的TOF 精确定位系统[J].实验技术与管理,2017,34(5):95-98.[4]彭笑,张丹红,熊斌宇.基于DM1000的室内定位系统设计与稳定性优化[J].广西大学学报(自然科学版),2018,43(5):1803-1810.[责任编辑:姜生有](8)因此,可以计算出标签的具体坐标:(9)4定位测试及结果分析系统的定位测试在800cm ×900cm 的实验室内进行.三个基站节点的坐标以cm 为单位分别是A (0,0)、B (0,640)、C (720,0).标签节点选取10点进行随机测试,定位测试的计算结果如表2所示.闽南师范大学学报穴自然科学版雪2056,,测量次数实际坐标1(80,80)软件计算坐标(87,77)测试误差83(160,160)(157,169)104(160,320)(178,329)215(240,80)(247,88)116(240,400)(257,420)277(240,480)(250,500)238(320,80)(331,92)172(160,80)(169,81)109(400,320)(421,340)2910(480,560)(496,585)30表2定位测试及计算结果Tab.2Position test and resultcm。
基于UWB定位技术的消防巡检机器人系统分析
12科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术DOI:10.16661/ki.1672-3791.2019.26.012基于UWB定位技术的消防巡检机器人系统分析方芳 靳作宝 贺麟 李史玉 徐佳宇 卢海康(中国计量大学机电工程学院 浙江杭州 310018)摘 要:随着社会的发展以及科技水平的不断提高,“智慧消防”的技术在防火监督业务工作上发挥着事半功倍的作用。
该项目对“智慧消防”课题开展研究,针对我国火灾防控体系还不够完善,智能化程度较低,且各地分散研发应用,没有统一标准这一现象,该文设计了一款基于UWB定位技术的消防巡检机器人系统,系统根据用户指定的路线通过算法进行路线识别和位置识别,自主精确循迹。
用户可以通过蓝牙对系统进行参数设置以及运动控制,从而增强其实用性。
关键词:UWB定位 红外热成像 zigbee无线通讯 智慧消防中图分类号:TN925文献标识码:A文章编号:1672-3791(2019)09(b)-0012-02国际上最早开展消防机器人研究的是美国和前苏联,稍后,英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。
目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。
我国在近些年来“智慧消防”的研究与推广中也取得了丰硕成果,确立了自上而下的“一库三网”体系建设框架。
该控制系统以MK60N512VMD100为主控芯片,操作员利用Zigbee无线通讯技术,实现对机器人的控制。
车载红外热像仪通过图传模块将采集到的视频信息发送给上位机进行显示处理。
UWB模块定位目标物体位置,进行自主循迹。
实现全智能化预防火灾,减小火情。
极大程度上降低了消防工作所需要的人力物力。
并能够根据采集到的视频信息及时采取有效的救护措施。
1 系统整体设计整个控制系统主要包括了UWB定位模块,红外热像仪测温模块,ZigBee无线通讯模块,图传模块,消防灭火机构5部分组成,其中Zigbee和图传模块实现上下位机的交互,UWB和红外热像仪分别实现定位和监控。
浅析UWB定位技术的应用
浅析UWB定位技术的应用长期以来卫星定位系统在定位领域应用最为广泛,比如说GPS定位系统主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。
但卫星定位系统也有不足之处。
在于定位信号到达地面较弱,不能穿透建筑物。
超宽带系统具有发射功率低、抗多径、安全系数高、传输速率高、穿透能力强等特点。
正是这些特点,超宽带技术被广泛应用于物体以及人的定位跟踪与导航。
标签:UWB超宽带无线电脉冲;信号强度分析(RSS)和到达角度定位法(AOA);到达时间定位法(TOA);到达时间差定位法(TDOA)1 什么是UWB技术提到UWB技术,非专业人士知道者甚少,不像WLAN、BLUETOOTH技术那样众所周知。
其实UWB技术早在上世纪90年代就已经被提出。
UWB是一种在雷达遥感中被广泛应用的传输技术,也是一种无载波的超宽带通信技术,也可称为脉冲无线电。
2 UWB技术的特性与蓝牙、WLAN、TDMA、CDMA等带宽相对较窄的传统无线系统不同,UWB可以在宽频上发送一组极窄的低功率脉冲。
由于UWB频谱宽、数据脉冲化、低功率,使得UWB的干扰小于传统窄带宽的无线解决方案。
UWB具有以下特点。
2.1 发射功率低超宽带无线电信号的射频带宽可达1GHz以上,在近距离的应用中,UWB 的发射功率低于1mW。
这使得UWB系统与同频段的窄带通信系统保持良好的共存性。
在发射时,将微弱的无线电脉冲信号分布在宽阔的频带之中,输出功率甚至远低于普通设备产生的噪声,系统有较大的处理增益。
接收时将信号的能量还原,在解扩过程中产生扩频增益。
2.2 多径分辨能力强多径传播效应是限制数据传输速率与通信质量的重要原因之,多径衰落是无线通信的一大障碍一。
由于UWB采用的是持续时间非常短的窄脉冲,其时间和空间分辨能力较强,因此系统的多径分辨率很高,因此能充分利用发射信号的能量。
大量实验表明,在常规无线电信号多径衰落深达10-30dB的多径环境,UWB 信号的衰落最多不到5dB,传统的无线技术非常容易受到建筑物内部和周围多径的干扰,UWB信号由于对信道多径衰落不明显,具有优良的抗多径性能。
救援队员室内定位技术分析
图 2 ZigBee定 位 系 统
ZigBee定位系统的关键在于需要在 建 筑 物 内 预 先 设 置大量参考节点 ,可组建高达65 000个节点的定位网络 , 无论建筑物结构的复杂程度 、层数 等 如 何,都 可 通 过 安 装 更多的节点来加以解决。但难点在于现行建设标准和规 范缺少对室内 定 位 系 统 设 计 施 工 的 相 关 规 定 和 条 款 ,安 装施工问题难以解决。由于绝大多数建筑物都必须按照 规定安装数量 众 多 的 火 灾 探 测 设 备 ,因 此 将 火 灾 探 测 和 室内定位进行组合安装是一种相当不错的思路。 1.3 CSS 定 位 系 统
救援队员室内定位技术分析
灭火指挥与救援
张 玉 梅1 ,康 晓 霞2 (1.武警天津总队,天津 300049;2.武警甘肃总队,甘肃 兰州 730046)
摘 要:介绍了 室 内 定 位 技 术 的 基 本 算 法,对 三 种 主 流 的 无线传感器通信标准 ZigBee、CSS、UWB 的 运 行 机 制 和 工 作 特 点进行了分析,针对不同的建筑物类型 提 出 了 适 合 自 身 特 点 的 定位技术配置。
关 键 词 :灭 火 救 援 ;应 急 救 援 ;室 内 定 位 中 图 分 类 号 :X924.4,TU998.1 文 献 标 志 码 :B 文 章 编 号 :1009-0029(2012)06-0637-03
定位通常是指确定地球表面某种物体在某一参考坐 标系中的位 置。 近 年 来,定 位 技 术 开 始 用 于 服 务 区 域 确 定、紧急援 助、交 通 监 控 与 管 理 等。 由 于 工 作 机 理 的 限 制,卫星定位 技 术 无 法 在 复 杂 室 内 环 境 中 正 常 工 作 。 例 如,在机场大厅、展 厅、地 下 停 车 场、矿 井 等 环 境 中,常 常 需要确定移动终 端 或 其 持 有 者 、设 施 与 物 品 在 室 内 的 位 置信息。因此,国 内 外 研 究 机 构 相 继 提 出 了 多 种 室 内 定 位技术解决 方 案,如 A-GPS 定 位 技 术、超 声 波 定 位 技 术、蓝牙技术、红 外 线 技 术、射 频 识 别 技 术、超 宽 带 技 术、 无线局域网络、光 跟 踪 定 位 技 术,以 及 图 像 分 析、信 标 定 位、计算机视觉定位技术等 。随着定位 技 术 不 断 发 展,救 援现场作战队员室内定位系统的开发也受到了许多研究 机构的重视。室内灭火及应急救援任务具有高度的危险 性,救援队员进入大型或高层建筑等复 杂 的 灾 害 现 场 ,特 别是烟雾、电磁 波 干 扰、建 筑 内 部 结 构 复 杂 环 境,往 往 会 心理紧张、反应迟钝、不知所措,以致做 出 错 误 的 行 动,不 仅会影响救援行动 ,也易对救援人员 造 成 伤 害 。 因 此,作 战队员在建筑物内的精确定位就显得尤为重要。 1 常 用 的 室 内 无 线 定 位 系 统 1.1 UWB 定位系统
超宽带(UWB)技术在消防领域的应用浅析
超宽带(UWB)技术在消防领域的应用浅析作者:冯帅颀刘晋军丁毅晖张凌云蒋林原汪凡来源:《今日消防》2021年第09期摘要:超宽带(UWB)技术作为一种无线定位技术,具有传输速度快、抗干扰能力强、定位精度高、低功耗、隐秘性好等优点,可实现高精度的室内定位。
将其应用于消防救援人员火场定位,可有效解决消防救援人员在复杂建筑中开展救援时,因对环境不熟悉而对自身安全带来的危险,并有助于指挥中心对其进行实时监督和指导救援。
将其应用于危险化学品仓库的消防安全管理,使危险化学品事故能够预警,事故处置精准化、智能化。
关键词:超宽带(UWB)技术;定位精度;人员定位;危险化学品近年来,随着社会经济的高速发展,城市中大体量的建筑层出不穷,给新时期的消防安全管理工作带来了前所未有的挑战。
“消”和“防”是消防安全管理工作的两大主题,所谓“消”,就是消除災害,保护生命和财产安全;所谓“防”就是消除灾害隐患,预防灾害的发生。
在“全灾种、大应急”的形势背景下,把现代信息科学技术、网络技术和智能化引入消防领域,建立“智慧消防”体系,将“消”和“防”提升到一个更高的层次,是新时代赋予消防安全管理的新任务。
1 超宽带(UWB)技术超宽带(UWB)技术是近年来新兴的一种定位技术。
物联网领域现在使用的定位技术主要有卫星定位技术、WiFi定位技术、RFID定位技术、ZigBee定位技术等。
其中卫星定位技术只适用于室外;WiFi定位技术在信号覆盖范围内可用于室内,其定位精度为3~15m;RFID定位技术服务范围基本上都是限于某个或某种特定场馆,可室内定位,其定位精度最小为3~10m;ZigBee定位技术服务范围在节点形成的组织网络区域,可室内定位,其定位精度为3~5m。
以上三种室内定位技术,定位精度低,且容易受到干扰,定位稳定性难以适应室内应用的要求。
和其他无线定位技术相比,超宽带(UWB)技术具有独特的优势:数据传输速率极高,抗多径效应能力强,具有很强的穿透性,是室内定位技术的佼佼者。
基于UWB的消防员火场定位系统研究
基于UWB的消防员火场定位系统研究李佳琦;李森【摘要】消防员在复杂建筑中展开救援时,常因对环境不熟悉而对自身安全产生威胁.利用定位技术对火场的消防员定位能够对其进行实时监督并指导救援.UWB技术能够克服火场不利环境达到良好定位效果.文章以某办公楼为例,依据定位基站置于消防应急标志灯具中的UWB定位系统,使其在火场环境下使用消防供电保证正常工作.结合建筑结构,基站采用倒三角形布局方式,并依据TDOA定位算法对GDOP值进行仿真,以分析布站方式的精度,对科学布站具有一定的参考价值.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2018(015)018【总页数】5页(P13-17)【关键词】UWB;消防员定位;应急标志灯具;基站布局;定位精度【作者】李佳琦;李森【作者单位】郑州轻工业学院,河南郑州 450001;郑州轻工业学院,河南郑州450001【正文语种】中文消防员担负着灭火的重要职责,但是由于大型建筑的构造往往十分复杂,当消防员需进入火灾现场时,往往会因为不熟悉建筑构造而迷路,对消防员的人身安全造成威胁,造成不必要的损失,对消防员进行室内的准确定位技术能够实时掌握消防员的位置及运动轨迹,能够在消防员遇险时及时找到目标,也更有利于进行救援工作。
目前,对人或物的位置感知主要通过全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS),如GPS,伽利略,北斗等定位技术来实现[1],但在室内环境中由于信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)和多路径传播较低易导致GNSS失败,定位效果降低。
尤其在火场环境中烟雾、水汽重,房间隔板、金属结构、家具以及容易混淆的传感器等造成信号散射及多径效应明显,对定位系统的穿透力、抗干扰能力、续航能力均有较高要求。
目前多数常见的定位系统,如紫蜂协议(ZigBee)技术、射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术、红外线定位技术、蓝牙定位技术等在火灾环境中受恶劣环境影响较大,定位能力丧失或定位精度不能达到使用要求。
基于UWB的消防员室内协同定位算法
基于UWB的消防员室内协同定位算法杨刚;朱士玲;李强;赵克松;赵杰;郭建【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2022(58)4【摘要】为了在复杂火场环境下获取消防员的精确位置,提出基于超宽带(ultra-wideband,UWB)的消防员室内协同定位算法,充分利用目标到UWB基站以及到其他目标的测距信息进行定位。
采用线性拟合方式对测量距离中存在的标准偏差进行预处理;针对目标位置解算及非视距(non-line-of-sight,NLOS)误差缓解问题,提出基于偏移扩展卡尔曼滤波的协同定位算法,根据待定位目标之间的内在联系,建立新的状态方程和量测方程,并通过构造的系数矩阵调整卡尔曼增益,修正偏离的位置估计值;针对定位坐标跳变问题,提出基于阈值筛选的均值滤波算法对定位结果进行二次优化。
实验结果表明,所提算法的定位精度在弱NLOS环境下高达0.17 m,在强NLOS环境下高达0.28 m,与文中其他算法相比具有更好的定位性能,降低了定位对UWB基站分布密度高的要求,最大程度地使用了整个协同网络的资源,为深入火场内部的消防员群体因障碍物遮挡导致的定位困难或定位不准问题提供了一种解决方案。
【总页数】12页(P106-117)【作者】杨刚;朱士玲;李强;赵克松;赵杰;郭建【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN92【相关文献】1.基于UWB的室内协同定位方法2.基于DR定位算法的消防员室内定位设计3.基于MEMS-MARG传感器的消防员室内定位算法4.一种基于卡尔曼滤波函数的消防员室内定位算法研究5.融合UWB与INS的消防员室内定位与NLOS检测算法因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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右 ) 优点 ,本文设计主要超宽带定位技术 ( uwB)对 室 内消防员的位置进行 定位,具有比传 统定位 设备 拥有更好 的定位 效果。
2 系统结构
该系统结构主要 由多块 U WB模块 、T 2 U、 S M3MC 串口连接 电路和无线接受 电路组成 ( 1 。可 实现 串 图 ) 口数据 的无 线接 受 ,即 :定 位系 统发 射部 分主 要 由 U WB 定位参考 点 1 ,3 、定位移动模块 、定位 ,2 ,4
接收主机 S M3 MC T 2 U组成 。 如 图 1接受部分 主要 由多块 U WB 移动模块 ,
的数据传 输速率 。同时具有抗干扰 性能强、传输速率 高、带宽极 宽、消耗 电能小、发送功率小等诸多优势 , 主要应用 于室 内通信 、高速无线 L N、家庭 网络 、无 A
绳 电话、安全检测 、位 置测定、雷达等领域 。传统定 位 系统只 能在户外定位 ,功耗大,定位 误差大 ( 误差
h st e a v n a e flw o rc n u t n h g p e , l p t fe t h g a ey a d e p ca l a r v d a h d a t g s o o p we o s mp i , ih s e dmut ah e c , ih s f t, n s e il i C l p o i e o i y t l
f e nSp i o o h e in o o iinig s se i ma ’ ost n f rt e d sg fp sto n y tm,whih o e c me h r d t n ls o to n s o osto ig r i c v ro st e ta ii a h rc mig fp i nn o i s t m,a d i r v st efr o min a c r c r ,a d c nply a g o o ei o r UW B o iin n e h lg yse n mp o e h el c o c u a y mo e n a a o dr l n i o . i nd p sto i g tc noo y
摘
要 :设计一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基于无载波通信超 宽带技术 ( UWB) ,对 消防员的位置定位进行 设计的系统,克服 了传统位置
定位 系统缺 点,并一步提 高对消防员的位 置定位 的精确度 ,而 且能够在 室 内发挥 良好作 用 。超宽带定位技 术具
有 功耗低、高速 、抗 多径 效果好、安全性 高,特 别是能够在定位方面 能够 提供非常高 的精度 等优点 ,在无线 电 技术 定位 方面具有很大发展潜力 。 关键 词:UWB;超宽带定位 :无线 电技术
AbtatT e r r m fhs a e ia ei ae ncr e m nct n src: h i y i o ip prs s nbsd r r o mu i i p ma a t d g o ai c a o UWB T cn lg U eh ooy( WB )a d h ,n e t
v r i hp e iin i o iin n ndh sg e t e eo me tp t n iln r do p sto n e h olg . e h g r c so p sto i ga a r a v l p n o e ta a i o iinig tc n o y y n d i Ke r y wo d:UW B; st nig s se p sto i g r d otc oo y Po ii n y tm o i n n ; a i e h lg o i n
l 引言
U WB ( la db n )是一种无载波 通信超 宽带 U t Wi ad r e 通信技术 ,利用纳秒至微微秒级 的窄脉冲传 输数据 。 通过在较 宽的频谱上传送 极低功率的无线信号 , WB U
能在 1 0米左右的范 围内实现数百 Mbt is至数 G is / bf
在 51m之 间 ) .0 ,容易受到干扰等不足 。 而超宽带定位 技术 ( wB)具有 功耗低 、高速、抗 多径效果好 、安 u 全 性高 ,特别表格 的方式集中显示后台数据库 中的数 据 ,这种类型 的页面 对于数据集 成等现 实应用具有重
要意义 ,抽取准确度 也相对 较高。本文针对于数据密
(co lf pi l lc i ln o ueE g er gU ie i f hn hio c ne n eh oo yS ag a2 09 , h a Sh o o O ta- elc d mpt n i ei , nvr t o S aga f Si c d cn lg, h hi 00 3C i ) c E r aa C r n n sy r e a T n n
S s e Re e r h a plc to s d o y t m s a c nd Ap i a i n Ba e n UW B c Te hno o y i r c to l g Fi eLo a i n n
zu u , J n HA O n K e YAN G a g Ru — , Gu n
计 算 机 系 统 应 用
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21 0 2年 第 2 卷 第 8期 1
UWB技 术在 消防 员位 置 定位 系统 研 究 与应 用①
祖 军 ,郝润科 ,杨 光
‘ ( 上海理工大学 光 电信息与计算机工程学院 ,上海 2 0 9 1 0 0 3