1. 目前隧道施工期间安全的需求和问题

1.1. 隧道施工环境描述

随着经济飞速发展，交通领域基础建设日益繁荣。高速公路、高速铁路运营里程快速增长，随着建设水平的提高，越来越多的大型机械、先进设备投入使用，整个行业对于施工期间安全尤其是人员及设备的安全重视程度越来越高。

隧道施工环境属于地下狭窄空间施工，不定时进行爆破的危险行业，加之具有施工设备大型化、施工人员密集化、工艺复杂等特点，具有极大的危险性。

如何加强管控，降低危险事故发生的概率，一直是隧道施工中的关键性问题。

1.2. 隧道施工安全存在的问题

1) 安全隐患高

工程地质及水文地质的复杂性；

工程建设周边环境（建筑物、道路和管线等）的复杂性； 施工人员施工操作不当。

2) 难定人

人员实际位置无法实时掌握，到岗时间无法准确获知，管控效率很难得到提升。

3) 难巡检

传统的巡检方式难以满足施工过程中逐一环节检查确认。

4) 难保障

由于施工环境深处地下，当发生事故或发生情况后，难以判断人员的具体位置。

如何改变目前化工业企业对现场工作人员、资产落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化已成为整个行业重点关心的问题。而通过对人员的精确定位，可以为后期精细化管理提供基础数据。

1.3. 项目的目的和意义

推动面向现场人员及大型设备的安全监管系统，建立一整套完备的具有智能监控管理、报警、现场人员的实时定位、追踪等功能的人员定位系统，必将大幅度的提升隧道施工安全性和管理效率,降低安全隐患、减少安全事故的发生，同时还可以与现有的系统有效的集成

并进行多方面功能扩展,完善整个监控管理系统的功能，有效地增强系统的安全性，真正意义上实现现场施工人员的实时安全监控。

2. 目前的定位技术状况

与户外空旷环境相比，隧道内环境要复杂的多，由于 GPS 技术在该环境中无法工作。为此，针对不同的装置区定位需求存在着多种解决方案，他们主要采用的技术手段包括以下几种：

2.1. 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。

2.2. 射频识别技术

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，网络建立成本和建立难度较大。

2.3. UWB

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。UWB 调制采用脉冲宽度在 ns 级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至

GHz，不需常规窄带调制所需的 RF 频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。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。

3. 需求分解

3.1. 区域内统计功能

掘进段人员数量统计。由于掘进段需进行爆破且不定时推进，不适宜安装定位设备，故需要在二衬段实时定位的同时进行进入统计，以判断在爆破过程中是否人员后撤至安全区

域。

要求：精确统计区域内人员数量,无线覆盖。

3.2. 应用场景框图

3.3. 精确一维定位

标准一维定位；洞口、空压机、二衬区域进行一维定位，实时得到人员的位置。

3.4. 安装要求

由于装置区域不断推进，因此要求该系统具有结构灵活、网络易于建立和维护。

3.5. 自动报警

发现被定位的目标进入危险区域或授权目标长时在危险区域固定不动的时候，设备进行自动告警，并将告警数据回传至后台。

3.6. 特殊区域

二衬区域台车会不定期推进，基站间距离不断变化，需支持基站位置自标定。

3.7. 软件功能要求

主要功能包括：区域人数分析、人员位置坐标、人员历史轨迹回放、报警记录等功能；

3.8. 系统要求

由于系统为安全生产管理提供数据支撑，因此要求 7*24h 不间断工作。

3.9. Redbat 系统组成

3.9.1. 系统组成

系统主要由计算服务器、定位基站、5G 路由（可选）、人员标签、车辆标签组成。

3.9.2. 系统框图

3.9.3. 系统功能实时监控

隧道地图实时显示隧道内全貌，监控人员可以通过软件界面随时掌握每位施工/巡检人员的实际位置和数量。

轨迹跟踪

可对人员活动路线进行跟踪，实时描绘出历史运行轨迹，并可以对历史轨迹进行回放，掌握详细的前进路线和时间，在进行救援或者事故分析时有着极大的作用。

告警上传

当施工/巡检人员遇到危险情况时，可按下标签上的 SOS 报警，监控人员迅速锁定事故地点， 为实施救援提供有力支持。

告警下发

监控人员在遇到紧急情况时，可以在指挥撤离时发出紧急指令提示人员撤离。人员在进入告警区域时，标签会震动提示人员远离此区域。

人员考勤

可对人员进行考勤统计，并且能够根据工种，班组等进行分类归纳统计，统计结果详细准确。统计的结果还可以保存为 Excel 表格并打印报表，还可以与其他管理系统无缝结合，便于管理

3.10. 系统优点

3.10.1. 省钱---提高工作效率

采用本系统可储存和识别专职巡检人员的所有身份信息，并对其在某个操作区的进出时间准确记录保存，方便于管理人员统计和抽查监督，真正达到有理可循，有据可查的效果， 极大程度上提升了企业对人的安全管理效率。

3.10.2. 省力---提高管理水平

标准化科学统一管理，保障人和设备的自动化、规范化、标准化生产和运行，从而提高人员素质和管理水平。

3.10.3. 省心 提高生产安全性

因此“管好”人是避免化工安全事故的首要任务。通过对标签的分类管理，准确把握每一个人每一台车的实时动态。

3.10.4. 省时 提高快速反应性

发生安全事故时，可根据人员定位系统迅速找到最近救援洞口，第一时间组织救援疏散，

全力降低安全事故损失。

4. 设备参数及规格

4.1. 室外型基站

DY-U3200B 是一款由上海笃一物联研究设计的定位基站，可以支持 ToF/TDoA 两种定位方法，也支持无线精确测距。该设备为 UWB 高功率设备，在视距模式下，工作距离超过 300 米。主要应用在远距离，高精度定位，可以应用在隧道、管廊等领域。

该设备采用有线回传的方式，通过交换机可以连接到计算引擎。

DY-U3200B  通过网口进行供电，支持标准的 802.3af/at PoE 供电，可以通过 PoE 交换机集中管理，同时设备安装在室外，产品支持防雷设计，但安装是必须要有可靠的接地措施。

DY-U3200B  设备支持温度范围达到-40～80 摄氏度。可以通过支架安装。

4.1.1. 主要特征

1. 802.15.4a UWB 无线

2. 高功率，视距工作距离 500米

3. 外置全向高增益天线

4. 802.3 af/at PoE 供电

4.1.2. 产品图片

DY-U3200B

4.2. 人员定位标签 UT-207H

 DY-T6500S是上海笃一物联基于 UWB 技术开发的高精度高功率安全帽定位标签，该标签支持头盔佩戴方式。支持TDoA 和 ToF 两种定位方式。该标签主要用于特殊场景的人员定位。

4.2.1. 主要特征

4. 802.15.4a UWB 无线

5. 高功率，视距传输 100 米

6. 内置板载天线

7. 可充电锂电池

8. SoS 按键

4.2.2. 产品图片

DY-T6500S

4.3. 人员定位标签 DY-T6500A

DY-T6500A是上海笃一物联基于 UWB 技术开发的高精度定位标签，该标签支持挂绳、资产粘贴等多种佩戴方式。

支持 TDoA 和 ToF 两种定位方式。

4.3.1. 主要特征

1. 802.15.4a UWB 无线

2. 高功率，视距传输 300 米

3. 内置板载天线

4. 可充电锂电池

4.3.2. 产品图片

4.4. 笃一的优势

l 更为丰富的硬件选择

上海笃一物联提供给客户的硬件全系列产品均兼容于 高精度定位系统。无论是成熟产品， 标准模块，客制化模块等等，都可以用 高精度系统实现定位功能。

l 更符合应用的产品组合

对于不同的应用场景，笃一团队会在充分认知项目应用的基础上给客户提供更准确，更合适的产品组合。

l 更多的应用领域

笃一物联 现已普遍用于石化、大型电厂、工厂车间、仓库管理、隧道建设、机器人导航、无人机编队、公安司法、展厅展馆等等。

l 更良好的开发支持

上述如此多的应用更好地证明了 笃一物联对于应用层开发的良好支持。

l 更专业的技术和服务团队

笃一物联团队能为客户提供最为专业的 UWB 技术服务、方案评估、开发设计、项目支持等。