在化工厂环境中，单一定位技术难以满足全场景需求。GPS在室内失效，WiFi定位精度低且稳定性差，蓝牙信标易受复杂环境干扰。航飞光电采用UWB、蓝牙信标与LoRa通信融合的方案，通过技术互补解决上述问题。

一、 核心技术角色与分工

1. UWB（超宽带）技术：高精度定位核心

  • 原理：利用纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据，通过TOF（到达时间）或TDOA（到达时间差）算法计算位置。
  • 性能指标：定位精度可达10-30厘米。
  • 适用场景：反应釜、罐区、装卸台等高风险禁区，用于精确人员定位、电子围栏报警。
  • 优势：抗多径干扰能力强，穿透性好，在金属密集环境中性能显著优于蓝牙/WiFi。

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2. 蓝牙信标技术：广域区域感知与低成本覆盖

  • 原理：部署低功耗蓝牙信标（Beacon），终端接收信号强度（RSSI），通过指纹定位或三角定位法估算区域位置。
  • 性能指标：定位精度通常为3-5米（区域级）。
  • 适用场景：普通生产车间、走廊、办公楼等大范围区域，用于人员在岗监管、巡检路线辅助。
  • 优势：终端兼容性强，信标成本低、功耗低、部署灵活。

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3. LoRa（远距离无线电）技术：可靠数据回传网络

  • 原理：采用扩频调制技术，在sub-GHz频段进行远距离、低速率通信。
  • 性能指标：传输距离可达数公里（视距），功耗极低。
  • 适用场景：连接定位终端与后台系统，传输UWB/蓝牙定位数据及报警信息。
  • 优势：穿透绕射能力强，网络结构简单，一个网关可覆盖大片区域，终端电池续航长。

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二、 技术组合的逻辑与优势

1. 精度与成本平衡

  • 问题：全厂部署纯UWB系统实现厘米级精度成本过高。
  • 方案：仅在高风险关键区域部署UWB基站实现精确定位，在广域普通区域部署蓝牙信标实现低成本区域覆盖。两者结合，优化整体项目造价。

2. 适应复杂环境

  • 问题：化工厂结构复杂，金属设备多，电磁环境复杂。
  • 方案
  • UWB抗干扰性强，确保关键区域定位稳定。
  • 蓝牙信标可灵活附着于墙体或管道，补充覆盖。
  • LoRa在复杂环境中的穿透能力优于WiFi，保障数据回传链路稳定。

3. 优化系统功耗与续航

  • 问题：人员定位标签需长时间工作，频繁充电影响使用。
  • 方案
  • 标签可设计为：在UWB高精度区域按需激活UWB模块，在蓝牙区域仅开启蓝牙扫描，全程通过LoRa低功耗传输数据。
  • 此协同机制可使标签续航达到30天甚至更久。

4. 构建分层定位体系

  • UWB层：提供“点”状精确位置（如：是否在阀门前0.5米）。
  • 蓝牙层：提供“面”状区域信息（如：是否在A车间东侧）。
  • LoRa层：提供稳定的“数据通道”。
  • 结果：系统同时满足高危作业精确管控和全厂人员宏观调度管理需求。

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三、 系统集成与输出

该融合系统可提供：

  • 实时位置数据：高精度位置（UWB）与区域位置（蓝牙）融合呈现。
  • 安全报警：包括禁区闯入、静止报警、SOS求助等。
  • 管理数据：包括电子巡检、工时统计、人员分布热力图等。
  • 系统接口：通过API与视频监控、门禁、DCS/SCADA等生产管理系统联动，实现报警联动与数据互补。

结论

在化工厂人员定位场景中，UWB、蓝牙信标、LoRa并非竞争关系，而是通过明确分工实现互补。UWB解决“精准”问题，蓝牙解决“覆盖”问题，LoRa解决“传输”问题。航飞光电的融合方案通过这种组合，在技术性能、建设成本与长期运维可靠性之间取得了实际可行的平衡，是适用于当前化工厂复杂环境条件下的有效技术路径。