终端测量定位:
该模式下,定位信标发送蓝牙信号,由定位终端进行信号测量,回传至服务器进行定位。
蓝牙终端测量定位网络架构
终端测量定位方案中,蓝牙信标一般采用电池供电,1-2 年需要更换电池,大幅度增加了网络后期维护成本。网络测量定位方案中,蓝牙网关需要通过 PoE 网线供电,大幅增加了网络建设成本和施工复杂度。
蓝牙定位技术规模应用时的精度多在 3m 以上。市场中有部分场景需求为 1m 精度,该场景用蓝牙定位精度略显不足。用UWB 等高精度定位,成本又过高,难以实施。随着蓝牙AOA 技术的逐渐成熟,将有望解决该问题。
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蓝牙 5.1 定位技术
定位方式及性能:
蓝牙 5.1 相比蓝牙 4.2,最大的变化就是定位精度提升到厘米级别,且引入了寻向功能。目前高精度的室内定位需求很多,例如通过导航软件找到酒店门口,但是最后的 100 米其实也很关键,蓝牙寻向功能就可以解决这个问题,从酒店门口可以直接导航到客房。
蓝牙 5.1 基于 AoA 或 AoD 技术将定位精度提升到厘米级,它的基本原理就是利用无线电的相位差换算出位置信息。
AoA 测量技术通过测试发射器和接收器直接的到达方向,然后通过三角定位获得发射 器和目的物的方位和距离的技术。
AoD 测量也是利用信号相位差技术, 它的工作原理是发射器在以阵列排布的有源天线之间切换时,发送特 殊的数据封包,而接收器通过单一天线接收信号,然后从接收到的信 号中获取 IQ 样本,在了解发射器内的天线排布后,通过数据计算得出信号的相对方向和距离。该技术定位精度最小可达到 10 厘米。
安装难:由于蓝牙 5.1 技术是基于角度测量,基站功率消耗大, 无法使用电池供电,需要PoE 供电,且蓝牙 5.1 基站布放密度为十米量级,因此每个基站都需要解决直流供电问题,为安装造成了困难。
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UWB定位技术
基于UWB 技术的无线定位系统一般由定位标签、定位基站及解算软件构成。通过在特定区域布设合理数量的定位基站,并不间断地采集人员、车辆、资产、工具上的定位标签回传的各个要素的时空坐标数据,实现室内空间实时精确定位、监控、引导、预警等功能。
UWB 主要采用飞行时间(TOA/TOF)、飞行时间差(TDOA)、到达角度(AOA)三种定位方法。三种定位方法各具优劣。
为什么是UWB?
在该规范中,并没有限制使用某种特定的无线定位技术,事实上,规范中也有提到UWB、ZigBee、WiFi甚至是4G、5G都可以,但综合考虑定位精度的要求,以及在煤矿场景中的定位稳定性与可靠性等因素之后,可以发现,UWB定位技术将是最为值得期待的定位技术。
为什么是UWB能够在这么多的定位技术脱颖而出?
首先是定位精度方面,该规范明确指出了"煤矿井下人员精确定位系统最大静态定位误差不大于 0.3 米",而目前市场上,能达到这个定位精度的无线定位技术也只有UWB定位技术,事实上,在该规范的最后编制说明内容中,也明确指出了,规范规定"0.3米"定位精度数值,就是参考了UWB定位技术的精度。
其次,UWB定位技术已经在包括煤矿行业的诸多垂直应用领域进行了多年的应用,一项技术要得到市场乃至监管部门的认可,有丰富并且长久稳定的应用案例是必不可少的一个环节,UWB定位技术的性能已经得到了监管部门的认可。
最后,就是UWB的成本也在降低与优化,最近一两年,UWB技术在苹果、三星、小米等大厂的推动之下,走向了风口,目前整个UWB定位技术产业在快速的发展与完善,包括芯片方案、基站方案、标签产品等等产品在市场上的选择也会越来越多,整体的价格也将会迅速优化。
当然,其他的定位技术也不是没有市场,在定位技术行业里大家都认可一句话:技术没有绝对的优劣之分,只不过是不同的定位技术适合不同的应用场景。
就煤矿场景而言,除了在矿井里面对人员进行定位之外,还需要在矿井外面对人员进行管理,此外除了人员,还会有车辆、重要物资的管理,再加上不同的煤矿环境、不同的煤矿规模大小等等条件的不同,对于定位技术的需求也会有差异。
很多时候,一个煤矿的定位方案,是多种技术的融合方案,集多种技术之长,才能形成最有性价比的方案。
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