UWB室内定位系统

1. 公司简介

成都恒高科技有限公司，致力于高精度无线定位技术与视觉图像处理技术，打造两者相结合的“四维高精度定位系统”。该系统包含传统意义的无线电三维空间合作式定位安防，并辅以视觉定位、视频联动的非合作式定位监管。

恒高旨在为客户提供全方位定位安防监管，以保障客户的人员物资安全。恒高结合定位及视觉数据，精准分析企业客户的人员行为，规范人员作业方式。在保障安全的同时，提升作业效率，为客户提供了丰厚的利润价值。

恒高依托电子科技大学前沿科学技术，及自身强劲的工程实践团队，在保证高精度定位系统优异效果的同时，将系统产品定价拉低了一个量级。为客户提供价值，并减小客户的成本投入。恒高现已申请专利技术二十余项，软件著作十余项，并不断有新技术转化为知识产权。

恒高拥有多个行业的系统解决方案，已实施于大型基建工地，石油化工，电力电网，养老院，监狱，并积极跟进智能社区，机关，机器人导航，旅游，停车场等等。恒高还在不断挖掘高精度定位系统的潜力，以期为更多行业服务。让每一个位置，每一张图像都发挥价值。

匠心永恒，高山景行。恒高于2014年成立至今，秉持匠心不断打磨产品及系统，力求为客户提供最好的产品、系统和解决方案！

2. UWB无线定位

2.1 系统方案

2.1.1 定位概念

2.1.1.1 UWB技术原理

超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1~10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。UWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。

超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。

2.1.1.2 UWB-TDOA定位原理

该技术采用TDOA（到达时间差原理），利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差。使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收UWB信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。

恒高四维定位TM系统产品即使用UWB-TDOA技术实现了高精度、高动态、高容量、低功耗的定位系统。

2.1.1.3 定位制式

定位制式分为跟踪定位和导航定位。跟踪定位指被定位对象不是位置的直接使用者，而是由监管后台直接使用位置信息；导航定位指被定位对象是位置的直接使用者，如果监管后台需要使用位置信息，可以由被定位对象将位置信息传输给监管后台。

恒高四维定位TM系统产品的不同系列分别支持跟踪定位和导航定位。

2.1.1.4 UWB-TDOA定位方法

UWB-TDOA定位方法分为下行TDOA定位和上行TDOA定位。下行TDOA定位指由定位基站发射UWB定位信号，定位标签接收UWB定位信号的定位方法；上行TDOA定位指由定位标签发射UWB定位信号，定位基站接收UWB定位信号的定位方法。下行TDOA定位可以实现跟踪定位和导航定位，上行TDOA定位可以实现跟踪定位。下行TDOA定位和上行TDOA定位的特点对比见下表1，

2.1.1.5 UWB-TDOA的关键技术——同步

高精度的定位不仅需要高精度的时间测量技术，还需要稳定可靠的基准时间，由于晶振、锁相环等模拟电路的不确定性，需要高精度的同步技术解决UWB-TDOA定位中的频率同步和时间同步问题。通俗地讲，时间同步类似于将两块手表的时刻调整到相同时刻，但是由于两块手表机械的差异性导致的运行快慢会使两块表运行一段时间后出现偏差，此即需要频率同步来解决。目前同步技术分为有线同步和无线同步两种，有线同步指使用光纤、网线等线缆将定位基站直接相互连接或接入同步控制器实现定位基站之间的同步；无线同步指通过无线电实现定位基站之间的同步。通常有线同步精度较无线同步高，而由于有线同步需要额外铺设线缆导致有线同步成本较无线同步高。

恒高H1006无线同步技术深入无线电发射接收链路导致不同步的因素本质，使无线同步达到有线同步相同的定位精度。基于此同步技术，恒高四维定位TM系统产品实现了性价比的最优化。

2.1.1.6 UWB-TDOA定位系统架构

图4 定位系统框架

如图4所示，UWB-TDOA定位系统产品由感知层、传输层、服务层、网络层、应用层组成。

感知层由定位基站、通信基站、通信定位基站共3类定位基站和定位标签组成，通过定位基站与定位标签的UWB定位信道实现对定位标签的定位，通过通信基站与定位标签的Zigbee通信信道实现定位基站对定位标签的参数配置、定位标签的状态回传以及定位标签上下行的数据。定位基站通过Zigbee通信信道与通信基站、通信定位基站实现参数配置、状态回传、上下行数据。

传输层分为无线传输网和有线传输网，无线传输网通过WIFI信道为定位基站提供数据传输链路，有线传输网通过有线以太网（如POE）方式为定位基站提供数据传输链路，并且有线传输网还为无线传输网提供数据传输链路。

服务层由UWB定位引擎软件、UWB定位系统管理软件、对内和对外接口软件组成，这些软件部署在系统服务层服务器。UWB定位引擎软件实现定位数据的解算，得到定位标签的坐标；UWB定位系统管理软件实现定位网、通信网、无线传输网的管理及维护功能，并作为应用层到感知层的数据交换桥梁；对内接口软件给我司自有系统应用软件提供数据接口；对外接口软件给第三方应用提供数据接口。

网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。

应用层包括系统应用软件和应用层对外接口软件，系统应用软件实现定位显示、轨迹回放等基础功能及应用定位数据的电子围栏、巡检、过程管理、考勤分析等拓展功能；应用层对外接口软件提供接口以便集成商或其他用户使用本系统的数据，我司自有应用层产品为EH2000系列软件。

2.1.2 系统产品类型

我司基于UWB-TDOA定位原理和无线同步技术，根据导航定位和跟踪定位、下行TDOA和上行TDOA定位方法，研发了3个系列的定位系统产品提供给客户以便在不同应用场景选用。

【参见《EH1006-UWB定位系统产品表》】

2.2 EH1006系统硬件设备

【参见《EH1006系列定位系统设备列表》】

2.3 定位系统软件

2.3.1 定位系统管理软件

2.3.1.1 EH100601定位系统管理软件EH100601F01

（1）配置定位系统的各项参数

（2）定位系统自组网及自动维护，保障系统稳定运行，

定位网络拓扑图

同步网络拓扑图

通信网络拓扑图

2.3.1.2 EH100602定位系统管理软件EH100602F01

（1）配置系统、网络、小区、基站以及各功能模块的参数配置，

（2）实时监控并自动维护定位系统、网络、小区、基站以及功能模块，

（3）实时监控定位基站数据流量并自动维护，

（4）实时监测基站通信模块负载率及比特率，自动负载均衡以保障通信畅通，

2.4 EH100601“全无线”定位系统架构

根据EH100601定位系统的技术特点，设计了一种基站使用电池供电的架构。

该种系统架构中定位基站使用电池供电（续航时间大于1年）及无线通信，使定位基站只需要安装固定，不需要铺设线缆，以此节省系统的安装硬件成本和时间成本；整个系统只需要少数几台通信基站进行有线供电，通信基站亦可使用WIFI进行无线通信，一定程度降低通信基站的布设成本。该架构适用于EH100601系列定位系统产品中的所有电池供电型定位基站和所有定位标签。

2.5 EH100602定位系统框架

EH100602定位系统的框架如下图所示。

该系统的特点主要体现在：

1、定位基站之间使用无线同步，减少施工成本；

2、网络简单，部署规划成本极低；

3、自恢复能力强，定位标签续航时间一年以上。

2.6 EH100603定位系统框架

EH100603定位系统框架如下图所示。

该系统的主要特点体现在以下几个方面：

1、定位基站电池供电，不需要布设任何线缆，实现真正“全无线”；

2、终端实时显示位置，实现导航功能，容量无限大；

3、可通过移动通信网络实现远程位置跟踪。

3. 视觉定位

3.1 视觉定位概念

恒高视觉定位系统建立在传统的计算机视觉算法基础上，融合了深度学习技术和大数据训练，使用单个普通相机，实现了高精度、高实时性的静态和动态物体识别、二维定位功能。视觉定位使用相机进行定位信息采集，不需要被定位对象携带定位标签等设备，故视觉定位属于非协作定位。

UWB无线定位需要被定位对象携带定位标签，故UWB定位是协作定位。在定位系统应用时，UWB定位无法监管不携带定位标签的监管对象，故需要非协作的视觉定位配合以实现严谨的定位监管逻辑。

3.2 视觉定位指标

4. 定位系统应用软件

定位系统应用软件基于定位对象的位置信息提供了丰富的功能。系统应用软件不仅仅局限于位置信息的显示和回放，通过结合地图空间信息，对定位对象位置进行分析和处理，实现了电子围栏、考勤统计、行为分析、智能巡检等功能。

根据定位对象位置信息的处理分析程度，系统应用软件可分为基础版、标准版和高级版。

4.1 基础版

基础班应用软件包括位置地图服务、实时位置显示、轨迹回放、电子围栏、企业管理、设备管理、软件权限管理功能。

4.1.1 位置地图服务

◆支持2D、3D两种地图类型，与定位坐标匹配显示人员位置

◆提供查看、修改、删除地图等操作

◆多地图切换，每个地图支持单独绘制区域

4.1.2 实时位置显示

1、2D平面视图

◆以平面视图角度展示现场人员的定位位置及人员信息，自定义设置人员信息

◆通过部门、区域、卡号、姓名等条件筛选出需要查看的人员位置，

◆轨迹跟踪多人的实时位置轨迹

◆对区域内的定位标签卡呼叫撤离

2、3D立体视图

◆以立体视图角度展示现场人员的定位位置及人员信息，自定义设置人员信息

◆通过部门、区域、卡号、姓名等条件筛选出需要查看的人员位置，

◆轨迹跟踪多人的实时位置轨迹

3、列表视图

◆以表格的形式实时显示现场人员的信息和位置

◆通过姓名、卡号、部门等信息筛选需要查看的人员

◆呼叫多人

◆打印导出人员列表

4、区域视图

◆按区域统计现场人员分布情况

◆打印导出

4.1.3 轨迹回放

1、2D平面视图

◆回放某段时间内多人在某个区域内的轨迹，支持自定义绘制区域进行轨迹回放

◆支持回放速率调节

◆支持自动跳过无位置数据时间段，可手动开启

2、3D立体视图

◆回放某段时间内多人在某个区域内的轨迹 

◆支持回放速率调节

◆支持自动跳过无位置数据时间段，可手动开启

4.1.4 电子围栏

◆2D地图绘制权限区域，设置人员进出权限，违规操作实报警提示

◆一键还原现场越界轨迹

4.1.5 企业管理

◆人员管理管理，提供增删改查人员信息的操作，支持上传照片、附件等功能

◆提供人员信息、筛选条件自定义功能

◆超龄自动提醒功能

4.1.6 设备管理

◆欠压提醒功能

◆呼叫求救功能，实时报警提醒

◆支持批量处理、导出、打印报警提示信息

4.1.7 软件权限管理

◆角色用户组功能，支持角色权限设置，包括页面和数据的增删改查等操作权限

◆支持角色下的用户设置，进一步细化用户权限

◆用户日志记录用户的所有操作

4.2 标准版

除了包括基础版所有功能外，标准版应用软件还包含了考勤报表、行为分析、动态电子围栏、行为分析、视频联动和智能巡检的功能。

4.2.1 考勤报表

◆单独对部门设置考勤班次和考勤区域

◆自动记录人员考勤信息

◆按部门、个人、区域统计考勤工时

◆支持报表导出、打印

◆一键查看考勤记录轨迹

4.2.2 动态电子围栏

◆设置以定位标签为中心的圆为电子围栏，围栏跟随标签移动

◆设置动态电子围栏进入权限，无权限进入实时报警提醒

4.2.3 行为分析

◆实时监测多卡、聚众、不动、消失、超时等行为

◆支持对每个区域单独开启或关闭行为监测的功能

◆违规行为实时报警提醒记录

◆支持报警信息的批量处理、导出、打印等操作

◆一键还原现场违规轨迹

4.2.4 视频联动

◆定位与监控视频联动，视频画面自动对准定位对象

◆记录违规行为的视频画面

◆支持查询、下载违规行为的视频画面

4.2.5 智能巡检

◆自定义巡检路线、任务

◆支持巡检路线匹配、漏检监测功能，自动报警提示

◆支持巡检报表统计，提供导出打印功能

5. 解决方案

5.1 工业制造

5.1.1 应用背景

现代制造业生产设备繁多，生产车间广阔，生产工人数量多。

我司提供的集人员、设备定位管理的智能化系统可帮助实现：

1.生产工程的安全管理，进一步提高生产效率，突破生产瓶颈；

2.对员工的智能化管理及生产设备的维护。

5.1.2 定位系统方案

采用EH100601定位系统，产品形态如图5.1.1所示。

图 5.1.1

5.1.3 部署方案

图 5.1.2

5.1.4 系统功能

1）减少人工考勤工作量，提高员工出勤率；

2）提高物资、设备的利用效率，减少人工管理成本；

3）特殊区域人员进出及人员滞留时间，实现安全管理；

4）设备自动报修，杜绝漏检；

5）实时显示人员动态信息，实现人员动态管理；

6）及时响应特殊情况，保障员工安全。

5.2 司法/监狱

5.2.1 应用背景

监狱当前的监管手段存在以下问题：

1.不能掌握人员的实时位置；

2.人工点名费时费力；

3.违规使用手机或其它通信工具的情况；

4.管理融合性差，对突发事件响应能力差等等。

我司提供的智慧监管系统，可有效解决：

1.弥补管理漏洞、降低监管执法风险（如：预防非正常死亡）；

2.警力、降低成本、提高工作效率；

3.变被动监管为主动监管，达到事前预防、事中管控、事后查证管理新思路；

4.提升监管工作智能感知，立体防控、快速处置与精准服务能力。

5.2.2 定位系统方案

采用EH100602系统，产品形态如图5.2.1所示。

图 5.2.1

部署方案

图 5.2.2

5.2.3 系统功能

1）主动预警，民警遇袭或与突发事件时求助告警，确保民警的人身安全，解决事故发生滞后性问题，将事故隐患提前暴露，避免事故发生；

2）突发现场再现，物联网技术与现有视频结合，可以实时查看事故发生的现场情况，为调配相关警力解决突发事件提供依据；

3）警力降低监管、执法风险，减轻工作压力、节约看管成本、实时点名，在押人员位置信息实时在线，行动轨迹跟踪、回放，大大降低了民警的工作强度，有效提高工作效率；

4）在关键出入口及周界布置禁入边界，在押人员靠近、非法进入主动告警，降低监管执法的风险。

5.3 医院/养老院

5.3.1 应用背景

排队3小时就医3分钟，这是当前典型的就医现象。患者的大部分时间可能浪费在停车场排队、寻找科室、挂号排队，有时候做完检查后挂号专家已经下班，需要改天再来。

为节省患者时间，提高就医效率，我司提供的智慧监管系统可：

1.提供定位导航、人员管理、物资监管、新生儿实时监控、应急救援等功能；

2.解决移动查房、移动护理、新生儿监管、医疗设备监管、物资监管等。

5.3.2 定位系统方案

采用EH100602系统，产品形态如图5.3.1所示。

图 5.3.1

部署方案

图 5.3.2

5.3.3 系统功能

1)    实现统一的、规范化的医护人员管理平台、病人监管平台，实现医疗事故的管控；

2)    有效保障医疗物资安全，合理利用，减少了医院的财产损失；

3)    及时响应救援，保障病人、新生儿的人身安全；

4)    对医护人员行为的监管，形成良好的巡查习惯，减少医疗事故的发生。

5.4 展厅

5.4.1 应用背景

展厅面积大、展品多、人流量大，提供高效便利的服务，是展方急需解决的问题。

恒高四维定位TM系统可以支撑展厅的定位导航需求：

1.展厅内通常需要为参展人员提供展品位置导航功能；

2.相关展品信息推送功能；

3.对观展人员进行统计，为展方提供可靠的人员行走分析等功能，提高展厅的效率和科技含量等

5.4.2 定位系统方案

采用EH100603系统，产品形态如图5.4.1所示。

图 5.4.1

5.4.3 部署方案

图 5.4.2

5.4.4 系统功能

1）智能导览，一键导航，提高观展人员效率；

2）及时推送信息，提高展品曝光率；

3）实时显示人员位置信息，便于实现对人员的管理；

4）热力图显示，统计区域人数，进行人流分析，让展方了解参展人员感兴趣产品，为后期提升展会质量工作提供明确方向；

5）全方位智能化管理，提高展厅科技含量。

5.5 隧道/管廊

5.5.1 应用背景

隧道施工过程中作业现场点多面广，安全管控难度大。

我司提供的集风险管控、人员管理、实时显示、应急救援等功能的智慧监管系统可帮助解决：

1.保证隧道施工安全、施工质量、施工进度等；

2.采取有力措施强化现场安全风险管控，把规范现场安全管理放在首要位置来抓；

3.查找和改进薄弱环节，防范人身安全事故的发生

5.5.2 定位系统方案

采用EH100601系统，产品形态如图5.5.1所示。

图 5.5.1

5.5.3 系统功能

1）实时显示施工人员位置信息，方便施工管理人员指挥调度；

2）一键回放，合理利用历史信息；

3）定时考勤，提高施工人员工作积极性；

4）及时响应救援，有效保障员工人身安全，实现生产“零事故”；

5）实现作业现场人员行为管控，防止或纠正“三违”；

6）物资合理监管，减少人工管理成本，提高物资利用率。

5.6 水电站/火电厂/核电站/变电站

5.6.1 应用背景

我国是世界上水电站规模最大的国家，始终把安全作为第一责任、第一工作，全面推动安全管理工作的标准化和规范化。

我司提供的集风险管控、人员管理、电子围栏、巡检过程实时显示、应急救援等功能的智慧监管系统可帮助实现：

1.将安全生产可控制、安全建设可控制和日常人员管理可控制；

2.全面落实安全生产责任，确保实现安全生产的工作目标。

5.6.2 定位系统方案

采用EH100601系统，产品形态如图5.6.1所示。

图 5.6.1

5.6.3 系统功能

1)    提供统一的、规范化的风险管理平台，有效实现风险的分级管控；

2)    有效保障物资财产安全，合理利用；

3)    减少巡检难度，及时响应救援，保障员工人身安全；

4)    通过对员工行为的监管，形成良好的作业习惯，减少“三违”；

5)    统一巡查或隐患排查标准或要求，避免员工执行差异；

6)    围栏管理，进出，实现安全生产。

5.7 港口

5.7.1 应用背景

现代港口一般规模较大，集装箱数目多，不易进行管理。

我司提供的集人员、物资、设备管控的安全管理系统可帮助解决：

1.轮胎吊的频繁操作使驾驶员疲劳驾驶，容易造成安全隐患；

2.同时各种设备的检修与维护工作量及成本都十分巨大；

3.提高港口的管理水平，增加企业效益。

5.7.2 定位系统方案

采用EH100602系统，产品形态如图5.7.1所示。

图 5.7.1

5.7.3 系统功能

1）减少设备、物资管理成本，提高管理效率；

2）智能检测维修，减少维护时间，提高工作效率；

3）特殊区域出入，保护人员及物资安全；

4）实时考勤，提高员工工作积极性；

5）及时响应特殊情况，及时救援，减少安全事故发生；

6）提高港口整体管理水平，提高整体效益。

5.8 博物馆

5.8.1 应用背景

博物馆的基本功能是对文物的宣传、教育和研究。由于讲解员配备人数有限，不能逐一满足观众的讲解需求。如何实现博物馆基本功能，为观众提供更多的、一流的服务，为博物馆的管理工作带来便捷成为了目前需要解决的问题。

通过室内定位技术，我们就可以在参观游览方面进行改善：

1.利用观众自带移动终端（如手机），将展品信息以及整个展馆的参观线路全部加载到观众的手机上，观众可自行安排参观行程；

2.在参观过程中，系统会自动将观众周边的展品信息显示在手机屏幕上；

3.解决了博物馆在长期存有藏品的保护与展示之间的矛盾，同时还带动了博物馆的其他业务的信息化管理，提高了工作效率，为博物馆的规范化、标准化、数字化管理发挥了积极作用。

5.8.2 定位系统方案

采用EH100603系统，产品形态如图5.8.1所示。

图 5.8.2

5.8.3 系统功能

1）智能导览，一键导航，提高观展人员效率；

2）实时显示人员位置信息，便于实现对人员的管理；

3）全方位智能化管理，提高博物馆科技含量；

4）及时推送信息，提高展品曝光率；

5）热力图显示，统计区域人数，进行人流分析，让展方了解参展人员感兴趣产品，为后期提升展会质量工作提供明确方向。

5.9 机场

5.9.1 应用背景

随着我国经济的飞速发展，人们对机场的服务质量要求越来越高，导致传统的生产服务方式已无法满足旅客的多样化、个性化的服务要求。

我司提供的集定位导航、停车场车辆定位、物资管理、应急救援等功能的智慧监管系统可帮助解决：

1.机场行李自助托运、行李分拣与追踪、货物托运与追踪、固定资产管理；

2.停车场管理、场内车辆监控指挥调度、道口车辆管理；

3.商贸管理、仓库管理、旅客服务等，提升机场的生产运营和服务效率。

构建机场智能化管理系统，不仅对提升机场服务质量具有重要意义，同时对打造智能机场具有重要意义。

5.9.2 定位系统方案

采用EH100602系统，产品形态如图5.9.1所示。

图 5.9.1

5.9.3 系统功能

1)    实现机场对于车辆、物资及人员的统一管理；

2)    提高了人员安全监管的有效性；

3)    提高了车辆合理安排的有效性；

4)    提高了物资准时准点的有效性；

5)    响应救援，避免危险事故发生。

5.10 景区/游乐园

5.10.1 应用背景

景区游览范围广、路线复杂、人流量大。提供高效便利的服务，让游客有规划的安全的畅游，是景区方需解决的问题。

恒高四维定位TM系统可以支撑景区需求：

1.为游客提供景点、厕所、休息区等位置导航功能；

2.在游玩过程中，向游客推送景点的历史信息、当地特色、游玩攻略等信息；

3.游客出现意外的报警功能，保障人身财产安全；

4.对游客进行统计，为景区方提供可靠的人员行走分析功能等。

5.10.2 定位系统方案

采用EH100603系统，产品形态如图5.10.1所示。

图 5.10.1

5.10.3 系统功能

1）智能导览，一键导航，提高观展人员效率；

2）及时推送信息，提高展品曝光率；

3）电子围栏，划定危险区域，双向通知降低事故发生率；

4）游客发生意外时的求救报警，尽可能保证生命财产安全；

5）全方位智能化管理，提高展厅科技含量；

6）实时显示人员位置信息，便于实现对人员的管理；

7）热力图显示，统计区域人数，进行人流分析，让展方了解参展人员感兴趣产品，为后期提升展会质量工作提供明确方向。

5.11 机器人/AGV/VR/无人机定位

5.11.1 应用背景

随着智能移动机器人技术的发展，其在军事、医疗、商业等领域发挥着重要的作用，人们对智能移动机器人的需求和期望也越来越高，越来越迫切，移动机器人研究从而进入了崭新的发展阶段。

定位技术是智能移动机器人的研究核心，同时也是其实现完全自动化的关键技术。自主定位和环境分析是移动机器人最重要的能力之一。

我司通过在空间区域内布设有限数量基站，可实现：

1.使机器人准确知道自身位置，工作空间中障碍物的位置以及障碍物的运动情况等信息，安全有效地进行移动；

2.实时精确地定位AGV/机器人上的标签位置，零延时地将AGV/机器人位置信息准确地将反映到服务器控制台；

3.AGV/机器人也可实时访问服务器以获得自己的定位结果。

5.11.2 系统功能

1）高精度；

2）高定位频次；

3）高集成度；

4）自主运算，标签自主运算，快速响应；

5）安装简单，UWB基站只需要供电即可。下载本文