基于綜合管廊設(shè)計的人員定位研究

文/云南滇中新區(qū)嵩昆路建設(shè)指揮部 李夢希

中冶京誠工程技術(shù)有限公司 張 怡 曹 鵬

隨著綜合管廊工程建設(shè)逐步完善，城市主動脈的功能特征日漸顯現(xiàn)，管廊安全問題成為行業(yè)關(guān)注焦點。因此，管廊內(nèi)部的日常維護(hù)工作尤為重要。目前，廊內(nèi)維護(hù)工作仍需人為干預(yù)完成，為保證管廊維護(hù)工作人員的人身安全，綜合管廊內(nèi)需設(shè)置人員定位系統(tǒng)。

1 無線定位原理

無線定位方式的算法可分為到達(dá)時間法、到達(dá)時間差法、到達(dá)角度法、信號強度法4種方法，利用直線或曲線確定二維平面上的點的理論基礎(chǔ)。

2 綜合管廊內(nèi)人員定位方式比較

2.1 WiFi技術(shù)

無線WiFi技術(shù)由多個無線接入點（AP）組合而成，將接入點在同一平面或不同平面排布，形成無線局域網(wǎng)（WLAN），當(dāng)處于復(fù)雜環(huán)境時，可輔助完成各項通信任務(wù)。當(dāng)以某一無線接入點為基點時，使用數(shù)據(jù)模型建模方式，可確定在該無線接入點檢測范圍內(nèi)的其他無線接入點或移動端的位置，定位精度可保持在20m之內(nèi)。定位的具體算法采用的是無線接入點與周圍其他無線接入點的信號強弱程度實現(xiàn)定位功能，另外，WiFi接入點通常能覆蓋半徑100m左右的區(qū)域，定位器能耗較高。

2.2 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)雖然適用于室內(nèi)環(huán)境，但其信號強度易受布置方式影響，信號傳輸距離較短，對環(huán)境要求較嚴(yán)格，在小范圍的空間環(huán)境中，如酒店大堂等，持有帶藍(lán)牙功能的移動設(shè)備，開啟藍(lán)牙功能后，定位功能即可使用。當(dāng)處于管廊等復(fù)雜環(huán)境時，藍(lán)牙定位功能穩(wěn)定性略差，信號易被干擾。在管廊中應(yīng)用時，需做好抗干擾措施。

2.3 紅外線技術(shù)

紅外線技術(shù)以光學(xué)傳感器為載體，實現(xiàn)信號的室內(nèi)傳播，通過對區(qū)域內(nèi)各個移動端的IR標(biāo)識信號接收確定每個移動端的位置，相較于藍(lán)牙技術(shù)，定位精度較高。由于紅外線對物體的穿透能力較弱，遇到其他光線時易受到干擾，因此該項技術(shù)適用于空曠的室內(nèi)空間，且傳播距離僅限于肉眼可見的范圍。當(dāng)移動設(shè)備被遮擋時則無法正常工作。在管廊中應(yīng)用時，由防火門和防火墻分隔的每個艙室均需安裝紅外接收天線，因此經(jīng)濟(jì)性不高。

2.4 超寬帶技術(shù)

超寬帶技術(shù)定位精度較高，常應(yīng)用于機(jī)器人運動控制，和其他通信技術(shù)的最大差異在于，超寬帶技術(shù)不使用常見傳統(tǒng)通信體制中的載波，采用的傳輸數(shù)據(jù)方式是納秒或納秒級以下的極窄脈沖。因而超寬帶技術(shù)與窄帶技術(shù)相比，具有穿透力更強、更安全、系統(tǒng)較簡單、功耗低、精度高等優(yōu)勢，較多應(yīng)用于需要室內(nèi)精準(zhǔn)定位的運動物體。

超寬帶技術(shù)的優(yōu)異特性決定了其在通信領(lǐng)域的地位，但也有一定局限性：①距離問題，不是其本身的發(fā)射距離短，而是為了不影響其他設(shè)備，受限于FCC中規(guī)定的低功率指標(biāo)（1MW以下）；②其他窄帶無線技術(shù)對該項技術(shù)干擾大。綜合以上2點，由于管廊內(nèi)無線通信設(shè)備較多，如巡檢人員的無線對講機(jī)使用了窄帶通信技術(shù)，超寬帶技術(shù)的引入無疑會帶來干擾，因此，該項技術(shù)目前不適用于管廊內(nèi)人員定位。

2.5 RFID射頻技術(shù)

RFID定位技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)移動設(shè)備識別和定位目的?？稍趲缀撩雰?nèi)得到厘米級定位精度信息，且傳輸范圍大，成本較低。RFID射頻技術(shù)包括發(fā)射端和接收端兩部分，采用雙向互傳的通信方式，定位精度達(dá)到每毫秒厘米級。該項技術(shù)有很多優(yōu)點，但由于RFID技術(shù)的安全隱私問題尚未解決，使其適用范圍受到限制。管廊的分區(qū)均在200m左右，需定位范圍也應(yīng)在200m左右，因此，RFID定位技術(shù)不適用于管廊內(nèi)部人員定位技術(shù)。

2.6 超聲波技術(shù)

超聲波定位采用的測距方法主要是反射測距，發(fā)射源向被測物體發(fā)出超聲波信號，物體反射回波，由超聲波與回波先后接收到的時間差值，計算出發(fā)射源與物體之間的距離，再通過一系列的定位算法確定物體位置。

超聲波定位整體定位精度較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但易受多徑效應(yīng)和非視距傳播的影響，降低定位精度；同時，還需大量的底層硬件設(shè)施投資，總體成本較高。

3 分區(qū)管廊改良模型算法

在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行一部分測試工作，單個分區(qū)管廊改良的模型算法如圖1所示。

圖1 單個管廊分區(qū)內(nèi)的模型算法

假設(shè)L為2個相鄰無線接入點（無線接入點AP1和無線接入點AP2）之間的距離，則有：x1+x2=L。

在實際管廊中，防火分區(qū)最大距離為200m，又由于無線接入點的技術(shù)限制，2個接入點最大距離為100m，由此：

式中，x1和x2分別為移動終端在2個相鄰無線接入點連線上的投影點到2個相鄰無線接入點的距離；SA和SB分別為移動終端到2個相鄰無線接入點的距離占比；無線接入點AP1和無線接入點AP2之間的最大距離為Lmax。

4 結(jié)語

基于對上述6種無線方法的分析，得出結(jié)論，目前，無線WiFi技術(shù)為最適用于管廊內(nèi)部人員定位的無線技術(shù)，其可接受的精度范圍、穩(wěn)定性高，成本低。