人員定位將成煤礦行業(yè)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，UWB定位產(chǎn)業(yè)迎來大利好

本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：銀匠

煤礦，在中國(guó)是一個(gè)充滿傳奇色彩的名詞。

作為中國(guó)工業(yè)的"糧食"，煤礦在過去幾十年有太多的記憶，比如說，

一座座拔地而起的工廠；

一個(gè)個(gè)富得流油的"煤老板"；

當(dāng)然，還有一件件駭人聽聞的礦難事故。

"高危"與"財(cái)富"是煤礦行業(yè)兩個(gè)最主要的標(biāo)簽，而后一次次的政策整頓，以及其他能源的興起，社會(huì)對(duì)于煤礦的關(guān)注度也逐漸下降。

時(shí)至今日，煤礦依然是主要的工業(yè)能源之一，

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)原煤的產(chǎn)量相較于早些年有所下降，但是在最近幾年，卻呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。

來源：中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)

火力發(fā)電是消耗煤炭最大的應(yīng)用領(lǐng)域，此外，鋼廠與焦化廠也是煤炭消耗的重要領(lǐng)域?？梢哉f，煤炭對(duì)于工業(yè)的貢獻(xiàn)并沒有減少。

安全問題，

煤炭行業(yè)揮之不去的傷痛

談到煤礦，就不得不說，煤礦的安全事故，作為一個(gè)高危行業(yè)，再加上開發(fā)與管理的不規(guī)范，導(dǎo)致中國(guó)的煤礦行業(yè)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)令人咋舌的礦難，每年因煤礦安全事故死亡的人數(shù)都是一個(gè)龐大的數(shù)字。

中國(guó)煤礦歷年死亡人數(shù)：

中間有幾年的數(shù)據(jù)網(wǎng)上沒有找到權(quán)威的數(shù)字，不過從上表的統(tǒng)計(jì)也可以看出，煤礦的死亡數(shù)字相較于10多年已經(jīng)有了極大的改善，這也說明了煤礦規(guī)范化管理之后，每年因礦難而死亡的數(shù)據(jù)有了明顯的下降。

但是這并不夠，相較于歐美國(guó)家的煤礦安全水平，中國(guó)還有較大的差距。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，

為降低煤礦安全事故提供技術(shù)支撐

如何提升煤礦安全水平呢，除了管理手段之外，就需要依靠技術(shù)手段。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展為煤礦安全水平的提升提供了契機(jī)，尤其是礦井人員的實(shí)時(shí)定位管理，對(duì)于煤礦場(chǎng)景的人員身份識(shí)別、作業(yè)規(guī)范、逃生與搜救都有著重要的意義，是煤礦技術(shù)安全的核心部分。這也引起了國(guó)家監(jiān)管層面的重視。

近日，國(guó)家煤監(jiān)局網(wǎng)站發(fā)布消息稱，根據(jù)《應(yīng)急管理標(biāo)準(zhǔn)化工作管理辦法》，國(guó)家煤監(jiān)局組織全國(guó)安標(biāo)委煤礦安全分標(biāo)委編制了安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術(shù)條件（征求意見稿）》，現(xiàn)向社會(huì)公開征求意見。

據(jù)介紹，2015年原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《關(guān)于下達(dá)2015年安全生產(chǎn)行業(yè)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃的通知》，批準(zhǔn)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究制定項(xiàng)目"煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術(shù)條件"，項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為AQ-2015-23，并確定中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）為主要起草單位，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的編寫制定工作。

標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1的規(guī)定和實(shí)際內(nèi)容的需要，分成術(shù)語和定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等七章，對(duì)煤礦井下人員定位系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括最大靜態(tài)定位誤差、最大動(dòng)態(tài)定位誤差、定位卡與分站之間的無線傳輸距離等方面。

國(guó)家煤監(jiān)局指出，煤礦井下人員定位系統(tǒng)在遏制煤礦井下和采掘工作面等重點(diǎn)區(qū)域超定員生產(chǎn)，遏制重特大事故發(fā)生，防止人員進(jìn)入盲巷等限制區(qū)域，防止超層越界盜采和礦井水災(zāi)、煤與瓦斯突出、沖擊地壓等事故發(fā)生，控制作業(yè)人員超時(shí)下井，加強(qiáng)特種作業(yè)人員管理，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下井帶班管理，加強(qiáng)考勤管理和應(yīng)急救援等方面發(fā)揮著重要作用。建議該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

下面是該標(biāo)準(zhǔn)的部分主要技術(shù)指標(biāo)：

最大靜態(tài)定位誤差

煤礦井下人員定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 3 m。煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 0.3 m。

最大動(dòng)態(tài)定位誤差

煤礦井下人員定位系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 10 m。煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 7.3 m。

最大位移速度

最大位移速度應(yīng)不小于 7 m/s。

并發(fā)識(shí)別數(shù)量

單分站并發(fā)識(shí)別數(shù)量應(yīng)不小于 80 個(gè)。

漏/誤讀率

漏/誤讀率應(yīng)不大于 10-4。

最大傳輸距離

最大傳輸距離應(yīng)滿足下列要求：

• 定位卡與分站之間的無線傳輸距離應(yīng)不小于 400 m；

• 分站至主機(jī)之間最大傳輸距離應(yīng)不小于 10 km。

最大監(jiān)控容量

最大監(jiān)控容量應(yīng)滿足下列要求：

系統(tǒng)允許接入的分站數(shù)量宜在 8、 16、 32、 64、 128、 256 中選??；被中繼器等設(shè)備分隔成多段的系統(tǒng)， 每段允許接入的分站數(shù)量宜在 8、 16、 32、 64、 128、 256 中選??；

定位卡數(shù)量應(yīng)不小于 8000 個(gè)。

... ...

哪些無線定位技術(shù)將會(huì)迎來良機(jī)

根據(jù)這些技術(shù)要求指標(biāo)，多類無線定位技術(shù)都將找到應(yīng)用場(chǎng)景

01

有源RFID

有源射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

上世紀(jì) 90 年代開始服務(wù)于礦山定位行業(yè)。廣泛應(yīng)用于人員、車輛等位置定位。

其技術(shù)特點(diǎn)：覆蓋距離30 米-300 米不等。功耗低，成本低，技術(shù)較成熟，廣泛應(yīng)用于井下的人員定位。有源的 RFID 技術(shù)因其覆蓋距離在 30 米-300 米左右，且區(qū)域間不能有交叉，不能信號(hào)間連續(xù)覆蓋。

想要做到比較好的區(qū)間定位效果，必須站與站之間留有空白區(qū)域。其基于覆蓋區(qū)域的定位無法完成精確測(cè)速，只能利用兩個(gè)基站之間或多個(gè)基站基站完成區(qū)域測(cè)速?；靖采w模型如下圖：

有源射頻技術(shù)，因其定位主要對(duì)象為有源的電子標(biāo)簽，基站和定位卡能夠交互的數(shù)據(jù)很小，除定位外，幾乎無法傳輸其他信息，延展性較差。

02

Zigbee

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

采用Zigbee 定位，最大的優(yōu)勢(shì)是其功耗低，另外，Zigbee 支持自組網(wǎng)，其傳輸通道更為簡(jiǎn)單。在國(guó)內(nèi)，用Zigbee 的方式，廣泛應(yīng)用于煤礦定位、監(jiān)獄人員定位等。

03

Wi-Fi 定位技術(shù)

Wi-Fi 定位技術(shù)一般采用 Cell-ID 定位或指紋定位。Cell-ID 定位是最先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的技術(shù)，一般采用"鄰近法"判斷，即終端距離哪臺(tái)AP 最近或者連著哪臺(tái) AP 釋放出來的網(wǎng)絡(luò)，則認(rèn)為定位終端就在該AP 附近，簡(jiǎn)單實(shí)用，但精度低。指紋定位技術(shù)是指將實(shí)際環(huán)境中的位置和接收到的無線信號(hào)的"指紋"特征聯(lián)系起來，一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)特的指紋。

Wi-Fi 定位的終端一般為智能設(shè)備，如智能手機(jī)，筆記本等。Wi-Fi 由于其功耗高，并不適合制作成 Wi-Fi Tag 去實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)定位等應(yīng)用。利用現(xiàn)場(chǎng)已有的Wi-Fi 設(shè)備，部署成本低，但是為了提高定位精度， 有時(shí)需要提高Wi-Fi 設(shè)備的部署數(shù)量和密度。

04

藍(lán)牙 4.2 定位技術(shù)

藍(lán)牙4.2定位技術(shù)分為網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位與終端測(cè)量定位兩種模式。

網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位：

該模式下，定位終端發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)，由藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，回傳至服務(wù)器進(jìn)行定位。

藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)測(cè)定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

終端測(cè)量定位：

該模式下，定位信標(biāo)發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)，由定位終端進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，回傳至服務(wù)器進(jìn)行定位。

藍(lán)牙終端測(cè)量定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

終端測(cè)量定位方案中，藍(lán)牙信標(biāo)一般采用電池供電，1-2 年需要更換電池，大幅度增加了網(wǎng)絡(luò)后期維護(hù)成本。網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位方案中，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)需要通過 PoE 網(wǎng)線供電，大幅增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和施工復(fù)雜度。

藍(lán)牙定位技術(shù)規(guī)模應(yīng)用時(shí)的精度多在 3m 以上。市場(chǎng)中有部分場(chǎng)景需求為 1m 精度，該場(chǎng)景用藍(lán)牙定位精度略顯不足。用UWB 等高精度定位，成本又過高，難以實(shí)施。隨著藍(lán)牙AOA 技術(shù)的逐漸成熟，將有望解決該問題。

05

藍(lán)牙 5.1 定位技術(shù)

定位方式及性能：

藍(lán)牙 5.1 相比藍(lán)牙 4.2，最大的變化就是定位精度提升到厘米級(jí)別，且引入了尋向功能。目前高精度的室內(nèi)定位需求很多，例如通過導(dǎo)航軟件找到酒店門口，但是最后的 100 米其實(shí)也很關(guān)鍵，藍(lán)牙尋向功能就可以解決這個(gè)問題，從酒店門口可以直接導(dǎo)航到客房。

藍(lán)牙 5.1 基于 AoA 或 AoD 技術(shù)將定位精度提升到厘米級(jí)，它的基本原理就是利用無線電的相位差換算出位置信息。

AoA 測(cè)量技術(shù)通過測(cè)試發(fā)射器和接收器直接的到達(dá)方向，然后通過三角定位獲得發(fā)射 器和目的物的方位和距離的技術(shù)。

AoD 測(cè)量也是利用信號(hào)相位差技術(shù)， 它的工作原理是發(fā)射器在以陣列排布的有源天線之間切換時(shí)，發(fā)送特 殊的數(shù)據(jù)封包，而接收器通過單一天線接收信號(hào)，然后從接收到的信 號(hào)中獲取 IQ 樣本，在了解發(fā)射器內(nèi)的天線排布后，通過數(shù)據(jù)計(jì)算得出信號(hào)的相對(duì)方向和距離。該技術(shù)定位精度最小可達(dá)到 10 厘米。

安裝難：由于藍(lán)牙 5.1 技術(shù)是基于角度測(cè)量，基站功率消耗大， 無法使用電池供電，需要PoE 供電，且藍(lán)牙 5.1 基站布放密度為十米量級(jí)，因此每個(gè)基站都需要解決直流供電問題，為安裝造成了困難。

06

UWB定位技術(shù)

基于UWB 技術(shù)的無線定位系統(tǒng)一般由定位標(biāo)簽、定位基站及解算軟件構(gòu)成。通過在特定區(qū)域布設(shè)合理數(shù)量的定位基站，并不間斷地采集人員、車輛、資產(chǎn)、工具上的定位標(biāo)簽回傳的各個(gè)要素的時(shí)空坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間實(shí)時(shí)精確定位、監(jiān)控、引導(dǎo)、預(yù)警等功能。

UWB 主要采用飛行時(shí)間（TOA/TOF）、飛行時(shí)間差（TDOA）、到達(dá)角度（AOA）三種定位方法。三種定位方法各具優(yōu)劣。

為什么是UWB？

在該規(guī)范中，并沒有限制使用某種特定的無線定位技術(shù)，事實(shí)上，規(guī)范中也有提到UWB、ZigBee、WiFi甚至是4G、5G都可以，但綜合考慮定位精度的要求，以及在煤礦場(chǎng)景中的定位穩(wěn)定性與可靠性等因素之后，可以發(fā)現(xiàn)，UWB定位技術(shù)將是最為值得期待的定位技術(shù)。

為什么是UWB能夠在這么多的定位技術(shù)脫穎而出？

首先是定位精度方面，該規(guī)范明確指出了"煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差不大于 0.3 米"，而目前市場(chǎng)上，能達(dá)到這個(gè)定位精度的無線定位技術(shù)也只有UWB定位技術(shù)，事實(shí)上，在該規(guī)范的最后編制說明內(nèi)容中，也明確指出了，規(guī)范規(guī)定"0.3米"定位精度數(shù)值，就是參考了UWB定位技術(shù)的精度。

其次，UWB定位技術(shù)已經(jīng)在包括煤礦行業(yè)的諸多垂直應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了多年的應(yīng)用，一項(xiàng)技術(shù)要得到市場(chǎng)乃至監(jiān)管部門的認(rèn)可，有豐富并且長(zhǎng)久穩(wěn)定的應(yīng)用案例是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，UWB定位技術(shù)的性能已經(jīng)得到了監(jiān)管部門的認(rèn)可。

最后，就是UWB的成本也在降低與優(yōu)化，最近一兩年，UWB技術(shù)在蘋果、三星、小米等大廠的推動(dòng)之下，走向了風(fēng)口，目前整個(gè)UWB定位技術(shù)產(chǎn)業(yè)在快速的發(fā)展與完善，包括芯片方案、基站方案、標(biāo)簽產(chǎn)品等等產(chǎn)品在市場(chǎng)上的選擇也會(huì)越來越多，整體的價(jià)格也將會(huì)迅速優(yōu)化。

當(dāng)然，其他的定位技術(shù)也不是沒有市場(chǎng)，在定位技術(shù)行業(yè)里大家都認(rèn)可一句話：技術(shù)沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，只不過是不同的定位技術(shù)適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

就煤礦場(chǎng)景而言，除了在礦井里面對(duì)人員進(jìn)行定位之外，還需要在礦井外面對(duì)人員進(jìn)行管理，此外除了人員，還會(huì)有車輛、重要物資的管理，再加上不同的煤礦環(huán)境、不同的煤礦規(guī)模大小等等條件的不同，對(duì)于定位技術(shù)的需求也會(huì)有差異。

很多時(shí)候，一個(gè)煤礦的定位方案，是多種技術(shù)的融合方案，集多種技術(shù)之長(zhǎng)，才能形成最有性價(jià)比的方案。

煤礦定位的市場(chǎng)容量有多少？

行業(yè)的痛點(diǎn)需求+政策的推動(dòng)雙重作用之下，煤礦行業(yè)的定位應(yīng)用鋪開已經(jīng)肉眼可見，但是煤礦行業(yè)對(duì)于定位技術(shù)的需求市場(chǎng)潛力到底有多大呢？這是大家所關(guān)注的。

能源局2019年3月26日發(fā)布公告，截至2018年12月底，安全生產(chǎn)許可證等證照齊全的生產(chǎn)煤礦3373處，產(chǎn)能35.3億噸/年。

煤礦人員定位市場(chǎng)規(guī)模分析

按照安監(jiān)總局的要求，單套產(chǎn)品每年投入價(jià)格的20%進(jìn)行維護(hù)，每5年更新一次，全國(guó)一共10000家將安全監(jiān)控系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)的維護(hù)及替換需求做出估算。

按照目前接觸到的煤礦基站與標(biāo)簽的需求數(shù)量，單一煤礦的基站的需求數(shù)量在100+左右，標(biāo)簽的數(shù)量在1000+，綜合來看，全國(guó)煤礦需要的基站總數(shù)為33萬+，標(biāo)簽數(shù)量為337萬以上。

按照調(diào)研數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成商出貨價(jià)格：基站的價(jià)格10K左右，標(biāo)簽價(jià)格300上下估計(jì)，全國(guó)基站市場(chǎng)容量為33億，標(biāo)簽的市場(chǎng)容量為10億以上。

故煤礦市場(chǎng)，定位硬件總體市場(chǎng)為43億左右。當(dāng)然這只是UWB的硬件部分，還有軟件部分，以及新建的煤礦增量市場(chǎng)，整體的市場(chǎng)體量將會(huì)更大。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與方案最終都需要落到應(yīng)用場(chǎng)景才會(huì)有意義，尤其是政策的刺激之下，效果更為明顯，煤礦市場(chǎng)已經(jīng)打開，下一個(gè)市場(chǎng)又在哪里呢？

鳴謝：

感謝成都四相致新科技有限公司的副總裁劉洪宇先生對(duì)本文提供的素材參考與建議，本文部分內(nèi)容也有引用由中國(guó)移動(dòng)精準(zhǔn)定位聯(lián)盟編制的《室內(nèi)定位白皮書（2020年）》，感謝！

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