化工厂人员定位如何选择技术方案？
2020-01-21 14:55
化工厂人员定位如何选择技术方案？
根据江苏省于今年在《江苏省化工企业安全生产信息化管理平台建设基本要求（试行）》的文件中7.3.2.3：提供人员及车辆定位管理功能，包括基本信息查询、移动轨迹追踪、行动轨迹回放等，针对人员在岗、离岗、串岗人员及车辆越界、滞留等情况提供及时告警，实时获取现场信息。人员、车辆定位可采用蓝牙、Zigbee、WIFI、RFID、UWB 、GPS、卫星和智能机器视觉等定位技术，可采用无线、网线、光纤等传输方式。定位管理范围主要包括企业安全风险分区的红色和橙色区域。
技术在7.3.4中对技术要求有明确的规定：
1、系统宜采用 B/S 模式开发，以满足不同业务人员对系统的功能需求。维护及开发人员可通过 B/S 结构远程访问客户端系统，对系统进行二次开发或进行系统配置，运行及使用人员则通过 B/S 客户端访问系统进行查询、分析以及系统允许的其他操作；
2、部署在防爆区域内的各类数据采集设备须满足防爆等级要求，防爆等级不低于 Exd IIBT4，宜采用本质安全型防爆设备；
3、人员定位、人员出入、车辆出入、告警等实时状态数据，需要实时同步，延时一般不超过 3 秒。车辆属性、人员信息等属性信息，需要每 2 小时同步 1 次；
4、鼓励企业通过无人机倾斜摄影等技术建立企业三维可视化模型，对企业重要管控目标精细建模，并结合 GIS 技术对人员在岗在位情况进行精确展示；
5、有安全风险的生产区域要实现人员在岗在位监测、人员实名制定位、人员分类显示、车辆分类显示、人车分流控制、出入口双向识别门禁控制；
6、安全风险分区“四色图”中的红色和橙色区域人员定位误差不超过 5 米，综合布线符合相关标准要求。
根据政府的要求及化工厂的定位要求中，核心的技术指标为：
1、延时一般不超过3s；
2、定位精度：安全风险分区“四色图”中的红色和橙色区域人员定位误差不超过 5 米。
而化工厂自身也需要了解员工是否按规定的业务流程在规定的区域进行工作，所以综合以上的需求，在众多的定位技术中，那种定位技术更适合当前的化工厂的室内定位的要求呢？
在确定是何种技术之前，明确技术要求的基础上，还需要充分考虑化工厂现场的环境才能更好的确定采用何种技术？
1、人员密度
随着技术的不断进步，化工厂的生产自动化程度越来越高，特别是生产区域的人员较少，而整个厂区，一般4w平米的工厂，人员数量在300人左右，而在核心作业区域，每个区域人员人员不超过3人。
2、现场环境
化工厂现场环境复杂，众多的金属的管线、罐体，对无线信号屏蔽较大，在考虑定位技术时，需充分考虑信号覆盖。
再结合安全风险分区“四色图”中的红色和橙色区域人员定位误差不超过 5 米，人员定位、人员出入、车辆出入、告警等实时状态数据，需要实时同步，延时一般 不超过 3 秒两项技术的情况下在蓝牙、Zigbee、WIFI、RFID、UWB 、GPS、卫星和智能机器视觉 等定位技术上来分析何种技术更为合适。
其中UWB工作在3GHz-10GHz频段，根据无线电传播的规律，波长越短，无线电的穿透性、绕射性、传输距离越短，而化工厂的核心区域众多的管线，若需要达到定位精度不超过5m的精度，UWB需要部署大量的网关，而化工厂施工需要符合防爆要求，成本高、时间长，在实际应用中，采用UWB部署，虽然可以达到厘米级的定位精度，但因需要部署大量的网关，造成施工、维护成本剧增，从而不太适合化工厂的实际需求。智能机器视觉技术面临同样的问题，达到精度，必须能看到，但管线一旦遮挡，必须重新部署新的摄像头，不符合化工厂，特别是当前已经生产进行中的化工厂的实际情况。
而GPS、卫星技术，均需要设备与卫星进行通讯，化工厂环境中，不仅仅包含室外区域，同时还有室内、管线下方、悬空的管架等等众多不同的情况，在这些环境中，根本没有卫星，故不适合化工厂当前的需求。
在蓝牙、zigbee、WIFI、RFID等技术均工作在2.4ghz频段的众多技术中，均选择了采用蓝牙iBeacon基站进行定位，而蓝牙、zigbee、WIFI、RFID等进行数据回传的方案进行定位（蓝牙在蓝牙4.0阶段因传输距离及数据长度的原因，与zigbee、wifi等技术相比，难以满足数据回传的要求，但蓝牙5.0技术下，在人员定位的数据传输级别下，距离、数据传输速度已经与zigbee、wifi等基本持平，完全满足定位的要求），蓝牙的定位精度在2-5m，完全满足安全风险分区“四色图”中的红色和橙色区域人员定位误差不超过 5 米的要求，而且2.4Ghz的技术数据传输空中时间较短（ns级别），也完全满足延时一般 不超过 3 秒的技术要求，但同样因为2.4Ghz的穿透性、绕射能力较差，在化工厂复杂的环境应用中，部分核心区域难以覆盖，只能通过增加网关的方式来实现全覆盖，造成施工成本较高。
LoRa
而LoRa作为新兴的定位技术，市场上采用此技术方案的公司均采用蓝牙iBeacon基站定位，LoRa作为数据回传的方案，此方案中，充分利用了LoRa工作在较低频段（国内470MHz-510Mhz），再结合LoRa独特的扩频技术，在穿透性、绕射性等方面比以上技术具有绝对的优势，该产品一亮相，众多化工企业给予很高的期望。但实际应用中，因LoRa的扩频技术，造成数据空中时间较长（具体空中时间，专门来讲解），而且目前市场上在LoRa数据回传上，采用的SX1301方案，仅有8个数据回传信道（蓝牙40个信道），而部分公司采用SX1278方案，通常只有2个或4个信道，从而为满足延时一般 不超过 3 秒的技术要求，化工厂必须要高度自动化，人员数量较少，才可采用此方案。
结合以上的分析，在化工厂人员定位技术方案中，在定位技术上，市场上主流的公司均选择采用蓝牙iBeacon基站的方式进行定位，数据回传上，若能够综合运行在较低频段的LoRa以及运行在2.4GHz频段的蓝牙、zigbee、WIFI、RFID混合回传，即满足人员较多时并发及实时性的要求，同时在部分区域，充分利用LoRa的覆盖能力，是当前所有技术中施工最为简单，最为适合运行中的化工厂的人员定位技术。
具体的技术方案请查看：中石科技化工企业安全生产管理云平台