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技术科普


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工业生产现场定位技术汇总

  防止只管好招标,不管好用不好用。防止不是为了对企业安全生产真有用、实用、好用而去高标准严要求,优质优价,而是为了好走过程、好招标、好干而去低标准、松要求,只看价格,还美其名曰:公平竞争,多家比价。

  技术没有好坏之分,只有适合与否之分。工业生产现场环境下,通信信号容易被遮挡、被干扰。定位不准,就会好看不好用,就会“建用两张皮”。

  干啥就比啥,定位就先比准不准、稳不稳。定位不准和不稳,其他再好也是0。不先保证定位“准”,妄谈其他是忽悠。

  防止建用两张皮,防止被忽悠、防止被说晕,防止分不清搞不明,防止PPT、方案写的天花乱坠做出来却完全不是一回事、防止事后被牵连被究责的办法:

  供应商的介绍和宣传可能是忽悠,不能盲信。化解的办法是:是骡子是马,拉出来溜溜。邀请各个意向方到自家现场搭建系统实际测试,看在自家现场的效果;

  供应商的展示和演示可能是一时好,可能演戏好,不能全信。化解的办法:去用户实地考察,调查实际使用情况和用户意见。

  供应商安排的考察用户介绍仅供参考,可能是被安排和配合的。要确认被考察用户是应付检查、好看的,还是实用的、好用的。区别的标准是:定位系统是否与用户日常业务紧密结合,定位数据是否支持日常管理。化解的办法:要求通过联动视频确认现场和电脑显示的人员数量和位置是否一致;用对讲机呼叫现场人报位置,比对现场位置与电脑上显示的是否一致。

  为了降低决策风险,选择正确的合作伙伴,保证交付的系统与宣传的一样,保证交付的系统与自己想要的一样,防止不好用,防止重新建设,先与有意愿的各家供应商签订框架协议,小批量做试点(以某个典型车间为例),确认各家真实效果后再做最终选择。

  小批量试点使用过程中征求建议和需求,以人的位置为基础,链接各种安全管理信息,标准化系统+特色定制,形成对自己公司有用、实用、好用的模式,以此为标准向全公司或集团推广。




1. 手机版定位(改良ZigBee精准按需定位,Zigbee定位+Zigbee登录)

  Zigbee技术的基础上,针对化工厂复杂环境,摒弃传统Zigbee多点定位和自组网登录技术,设计了定位准确、能差异化设置、判断准确、超低功耗的Zigbee定位算法,定位和登录都采用ZigBee信号。

  在需要定位的区域根据登录需要部署网址,根据登录需要设置网址登录半径,同时根据登录需要确定网址位置,使网址信号球半径外切线到登录目标边缘,以切实分清里外、上下,解决单纯依赖定位精度分不清里外、上下的问题。网址多抱箍于合适位置,生产现场无须拉电拉线,施工简单。

   网址即为相对独立、可自由安装、可自主设置的“隐形门禁”或“道标”,不依赖于多点计算,想咋装就咋装。网址广播位置信息,给进入登录范围内的手机版卡打标,确定位置。即对经过的人进行精准、实时、自动“打点”,不受现场环境干扰,百打百中。

由于分站在化工厂有效信号覆盖范围达半径100米,在桥架或生产区域外围接电接线,网址多抱箍于合适位置,生产现场无须拉电拉线,施工简单。

2. 蓝牙定位(包括蓝牙定位+LORA登录、蓝牙定位+ZigBee登录)

主要用于商场定位、医院定位、娱乐场所等环境简单场所的定位。

蓝牙定位基于RSSIIReceived Signal Strength Indication,信号场强指示)值,通过三角定位原理进行定位。如图:E点发出信号,同时被BS1BS2BS3收到,三角定位算法通过已知的三个坐标反推出E点的坐标。

 

其具体实现过程是:

1)首先在区域内铺设蓝牙信标

2)beacon不断的向周围广播信号和数据包

3)当终端设备进入beacon信号覆盖的范围,测出其在不同基站下的RSSI值,然后再通过手机内置的定位算法测算出具体位置。

蓝牙定位技术的优点:

1)低功率,便于电池供电设备工作;

2)便宜,可以应用到低成本设备上。

蓝牙定位技术的缺点:

1)需要布置太多的信标;

2)蓝牙信标通信距离有限,不抗遮挡,受噪声信号干扰大,易受现场环境影响,定位效果不稳定,偏差大;

3)不能在线管理,运维管理困难。

与蓝牙定位配套的LoRa基站,工信部201952号文和20200507日发布的工信厅通信〔202025号文即《工业和网址部办公厅关于深入推进移动物联网全面发展的通知》,对LORA技术的使用场景及技术使用限制做了很明确的规定。52号文通过任意时刻限单个信道发射这一技术要求,将LoRa技术限定在抄表操作(并且不能进行控制操作)范畴!LoRa芯片及核心技术垄断在Semtech手中,美国政府对中国企业的打压随时存在断供风险。

   蓝牙定位技术成熟,价格低廉,没有技术门槛,如果真适合于工业生产现场,早就普及了。

   还有人把“蓝牙定位+LORA登录”,“蓝牙定位+Zigbee登录”包装、粉饰,不敢坦诚是蓝牙定位,从另一方面说明蓝牙定位有问题。

3. 传统Zigbee定位

传统Zigbee技术是通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间形成组网,每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。

传统ZigBee是一种短距离、低速率无线网络技术,这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点传到另一个节点,作为一个低功耗和低成本的通信系统,ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信号登录受多径效应和移动的影响都很大,而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性。

所有基站需要接电接线,且需要高空布置以尽量避免遮挡,施工复杂。

4. UWB定位

UWB,就是超宽带技术Ultra WidebandUWB是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来登录数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。

超宽带UWB技术是一种登录速率高,发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。正是这些优点,使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。

超宽带(UWB)定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。可用于室内精确定位,超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度,精度可保持在0.1 m~0.5 m

所有基站需要接电接线,且需要高空布置以尽量避免遮挡,施工复杂。

5. 卫星定位

   最常见的定位方法,更多适用于室外露天环境。在卫星信号无遮挡的理想环境下,利用差分基站弥补,理论上GPS可以实现5m的精度,在化工厂等复杂环境下,GPS信号会经过多次的折、反射,造成信号误差,漂移误差一般在10米左右,且漂移没有规律性,还会出现“穿越装置\设备\墙体,里外不分、上下部分”等原则性错误。

6. RFID定位

RFID定位的基本原理是,通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。

这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且登录范围很大,成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。

RFID定位的优点是手机版的体积比较小,造价比较低,但是作用距离近,不具有通信能力,而且不便于整合到其他系统之中,无法做到精准定位。

RFID阅读器需要接电接线,不能遮挡,施工复杂。一般只用于生产区域外围。

7. Wi-Fi定位

Wi-Fi定位技术有两种,一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法进行三角定位,另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置。

Wi-Fi定位该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。但其易受到周围环境的影响,精度较低。

化工厂无法保证WIFI信号的基本稳定,一般没有采用的。



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