UWB高精度定位助力工厂智能化改造升级-笃一物联

传统工厂在实际管理中存在诸多的安全隐患与管理难题，例如：工作人员厂内作业区域较多，无法第一时间获取人员所在位置；作业员工作期间去了哪里？做了什么？待了多久无从知晓；厂内危险区域多，工作人员误入危险区造成人员人身伤害；工作人员遇到危险，无法第一时间通知相关后台人员进行救援；仓库货品品类众多，查找困难、效率低下等。

不管是工业4.0还是智能制造2025，智慧工厂是实现以上目标的载体，更是中国制造业企业未来的发展方向。智慧工厂首先要解决人员安全的问题，尤其是化工厂、电力、石化等危险品生产企业，人员安全是头等大事。其次，智慧工厂需要提高的是生产效率，改变传统的生产方式。为避免出现人员安全事故，就需要对人员在特定的区域内进行精准定位。

随着智慧工厂时代的到来，在人员安全问题较为重要的行业，比如矿井、化工厂、发电厂等危险品生产企业里，为了避免人员安全事故的出现，各家企业都逐步装备了人员定位系统。对于人员的定位技术可谓是种类繁多，但是各技术之间还是有不小的差别。在室外可以利用GPS对人员进行定位，但是在室内GPS信号由于建筑物的遮挡、钢筋水泥对信号的干扰、定位精度不高等因素使其无法正常使用。下面我们来看一下常用技术的优劣势对比：

1、WI-FI技术

Wi-Fi定位应用采用在区域内安置无线基站，根据待定位 Wi-Fi 设备的信号特征，结合无线基站的拓扑结构，综合确定待定位 Wi-Fi 设备的坐标。Wi-Fi 定位技术便于利用现有的无线设备实现定位功能，但由于 Wi-Fi 的安全性较差，功耗较高，频谱资源已趋近饱和，因此，不利于终端设备的长期携带和大规模应用。

2、射频识别（RFID）技术

它是利用电磁感应原理，通过无线激发近距离无线标签，实现信息读取的技术。射频识别距离从几厘米到十几米。RFID 用于人员定位的典型应用来自人员考勤系统的拓展，主要进行人员是否存在于某个区域的辨识，不能做到实时跟踪，并且定位应用还没有标准的网络体系，因此，不适用于大型设备的巡检，人员安全的确认等用途。 

3、UWB技术

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通常利用TDoA（到达时间差）和ToF（时间到达）算法实现人员或物品位置的信息。此外，对所需定位的物品或人员UWB技术需要铺设基站和佩戴标签。UWB信号的辐射非常低，通常只有手机辐射的千分之一，因此在工业上应用时，其不存在对其他仪器仪表的干扰问题。

其他几种技术的综合比较：

我们可以看到就现有技术而言，由于考虑到工业应用的严谨性，无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析，UWB无疑是最理想的工厂人员定位技术之一。 

UWB定位系统常规精度可达10cm，是目前精度最高、稳定性最好、抗干扰性最强的定位技术。与之相比其它室内定位技术各有明显缺陷：Wi-Fi信号受人体和金属干扰大，定位精度在3-10m，不能满足更高精度的应用要求；蓝牙定位精度最高可达1-3m，但iBeacon一般采用电池充电，需要借助第三方工具周期性测量信号强度以跟踪耗电情况，后期维护工程量大；RFID技术更多应用于门禁和场区定位，不适用于移动终端的精准位置跟踪；ZigBee主要用于低成本、低传输量、大容量的无线传感器自组网，定位精度只能采用场强的三边定位，且极不稳定。

UWB作为一种高速率、低功耗、高容量、高精度的新兴无线局域定位技术，其应用主要聚焦在室内高精确定位，例如智能制造、仓储物流、电力巡检、自动驾驶等对精度和稳定性有硬性要求的行业。

UWB可作为位置服务子系统嵌入工厂生产管理系统中，提供物料/人/工具高精度定位和轨迹追溯、告警提醒、三维展示、地理围栏、视频联动等功能。UWB定位系统在智慧工厂体系所处的位置：

人员定位管理

（1）对工作人员实时定位跟踪和历史轨迹查询；

（2）基于位置的统计分析：可统计各区域实时在线的人员终端，以及人员终端在各个区域的进出时间和停留时间，某个时间段内的历史轨迹，进行热力图、迁徙图分析；

（3）任务智能推送：根据人员空闲状态，按照工作量均衡及就近原则进行任务推送；

（4）根据运动轨迹对工作流程进行优化：对人员的历史运动轨迹进行大数据分析，和生产流程和指定工序下理想的人员运动轨迹进行比对，如果存在明显偏差，则反过来对生产流程的合理性、指定工序下生产设备布局的合理性进行优化，使其达到降低人员无效活动路线、提高工作效率的目的；

（5）区域内定位设施无死角全覆盖，对高危区域实行重点管控。生产人员长时间滞留、访客未授权进入、手动SOS求助等行为像管理平台发出告警信息。及时通知管理人员进行处理，有效提高工地内安全指数和管控效率。管理人员可利用视频联动和精准导航等功能对目标人员进行快速锁定和救援。

物料定位管理

（1）仓储实时定位：对高价值物料的入库、仓储、出库进行位置实时监控，结合电子围栏和存在性监测功能防止丢失或乱堆乱放；

（2）物料传递轨迹统计：对关键物料在整个生产流程或一些重要工序的上货、工艺处理、传递出货的过程进行定位跟踪，统计物料在各工艺的滞留时间以及工艺间的传递时间，定期生成报表；

（3）根据上述物料的统计数据，为合理安排工序排程，优化工艺流程提供数据支撑。

工具定位管理

（1）对重要工具的位置进行定位跟踪以防丢失，并记录使用和传递的历史轨迹；

（2）根据工艺自动识别工具类型，若工作人员选用错误工具，系统予以告警；

（3）工具在使用时，监控其位置是否落入工艺流程指定的位置，若操作不当系统予以告警；

（4）若工具要连续执行多个操作，系统根据工具运动轨迹判断操作顺序是否符合规定，若操作不当就发出告警。