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技术科普


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工业生产现场定位技术汇总

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。不说定位“准不准”,妄谈其他是忽悠。把信标续航时间长作为卖点的更像是卖电池的。

工业生产现场环境下,定位信号容易被遮挡、被干扰。基于多个不准确、不稳定信号计算获得的位置也就不准确和不稳定。定位数据不准确,软件展示再好,有啥用?试想:如果卫星定位不准确,靠软件就能导航?

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,为啥下文件前不用呢?哪个工业生产现场的蓝牙定位系统是真用的、实用的、好用的呢?有人把“蓝牙定位+LORA传输”包装成太准技术,有人把“蓝牙定位+Zigbee传输”包装成2.4G融合定位,不敢坦诚是蓝牙定位,如果没有问题,为啥要隐瞒呢?




1. 安然精准定位

Z   Zigbee技术的基础上,针对化工厂复杂环境,摒弃传统Zigbee多点定位和自组网传输技术,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,定位和传输都采用ZigBee信号。

     在需要定位的区域根据管控需要部署子站,根据管控需要设置子站管控半径,同时根据管控需要确定子站位置,使子站信号球半径外切线到管控目标边缘,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。子站多抱箍于合适位置,生产现场无须拉电拉线,施工简单。

     子站即为相对独立、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。子站广播位置信息,给进入管控范围内的标识卡打标,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,子站多抱箍于合适位置,生产现场无须拉电拉线,施工简单。

2. 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。

3. 蓝牙定位

在超低功耗牙技术的基础上,融合多种滤波算法以及剔除算法,设计了一种定位精准、超低功耗的蓝牙定位算法。蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication信号场强指示)定位原理。根据定位端的不同,蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。

使用蓝牙定位技术,在现场安装多个无线牙信标,持续广播蓝牙信号。人员佩戴的定位器实时接收蓝牙信标广播的无线信号,并判断信号强度(RSSI),信号强度转换为蓝牙信标到定位器间的距离,再根据设备与节点间的几何关系确定定位器的位置

网络侧定位系统由终端(手机等带低功耗蓝牙的终端)、蓝牙beacon节点,蓝牙网关,无线局域网及后端数据服务器构成。其具体定位过程是:

1)首先在区域内铺设beacon和蓝牙网关。

2)当终端进入beacon信号覆盖范围,终端就能感应到beacon的广播信号,然后测算出在某beacon下的RSSI值通过蓝牙网关经过WIFI网络传送到后端数据服务器,通过服务器内置的定位算法测算出终端的具体位置。

终端侧定位系统由终端设备(如嵌入SDK软件包的手机)和beacon组成。其具体定位原理是:

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。

与蓝牙定位配套的LoRa基站,工信部201952号文和工信部20200507日发布的工信厅通信〔202025号文即《工业和信息化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。

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传输数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。

超宽带UWB技术是一种传输速率高,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. Zigbee定位

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。

ZigBee是一种新兴的短距离、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的信号传输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。

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,且传输范围很大,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定位的优点是标识的体积比较小,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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