論超寬帶在軌道交通安防領域的前景和應用

劉正寅 鄭之光 謝燕剛

【摘? 要】安防系統作為軌道交通的重要組成部分，在保證人民生命財產安全和軌道交通系統的正常運行方面具有不可替代的意義。隨著科學技術的發展，物聯網相關的技術和設備也在越來越多的場景中得到了應用。論文通過介紹目前主流的UWB（超寬帶）物聯網技術和特點，結合目前軌道交通安防平臺的需求和應用特點進行分析，研究超寬帶技術在軌道交通領域的適用性，探討相關物聯網技術在軌道交通方面應用和發展的可行性。

【Abstract】As an important part of rail transit， security and protection system has irreplaceable significance in ensuring the security of people's lives and property and the normal operation of rail transit system. With the development of science and technology， technology and equipment related to the internet of things have been applied in more and more scenarios. By introducing the current mainstream technology and characteristics of UWB （ultra wide band） internet of things， the paper analyzes the current demand and application characteristics of rail transit security and protection platform， studies the applicability of ultra wide band technology in the field of rail transit， and discusses the feasibility of the application and development of related technology of internet of things in rail transit.

【關鍵詞】軌道交通;超寬帶;應用;安防系統;UWB

【Keywords】rail transit; ultra wide band; application; security and protection system; UWB

【中圖分類號】U231+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）01-0176-02

1 引言

隨著軌道交通領域中安防平臺的功能需求日益增長，導致軌道交通管控系統所涉及的場景也越來越多樣化。而安防作為軌道交通建設管理的重要組成部分，在軌道交通系統的日常運行中，發揮著重要的作用。物聯網技術的發展，也為軌道交通安防領域的發展提供了技術支持。本文希望通過將先進的超寬帶技術與軌道交通安防領域的現實需求相結合，實現軌道交通相關領域的發展，從而滿足軌道交通乘客、管理方的需求。

2 超寬帶技術簡介

2.1 概述

超寬帶（UWB，Ultra Wide Band）是一種通信技術，利用納秒（ns）至皮秒（ps）級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，具有耗電量低、定位準確的特點。與常見的通信使用的連續載波方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送數據。這些脈沖所占用的帶寬極高，使得通訊時的數據傳輸速率可以達到百兆級別。而且因為是極短脈沖，在高速通信的同時，UWB設備的發射功率卻很小，為部署和使用帶來了便利。系統架構如圖1所示。

2.2 技術優勢

超寬帶是一種新興的無線通信技術，具有高速、低成本、低功耗、寬頻帶等特點。在定位上具有低成本、抗多徑干擾、穿透能力強的優勢，可應用于靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤，能提供十分精確的定位精度。

3 軌道交通安防需求分析

軌道交通行業發展至今，安防相關技術和設備已經得到了長足的發展，但是隨著人們對于生命財產安全的日益重視，傳統的設備和技術已經無法滿足或解決新的問題。目前，軌道交通安防領域亟待解決的問題如下。

3.1 遠程實時定位

傳統的軌道交通安防平臺或軟件，多是通過視頻攝像、實時語音通話、人工巡查等方式，確定相關人員或物資的具體位置，而且大多不能實時跟蹤并進行展示。通過應用UWB技術，可以對人員或物資進行精確定位，并在管理平臺上實時更新展示，從而方便進行實時管理。

3.2 風險管理

當發生緊急事件時，人員可以使用手機、單兵設備等相關的附帶定位終端設備，進行求助信號的發送及事件的定位。救援人員可以通過平臺迅速定位求助人員，并通過平臺提供的導航信息前往救助。同時，管理人員也可對系統下轄人員進行定位，提高管理效率。

3.3 物資及車輛管理

通過UWB定位精確、干擾低的特點，可以實現對于車輛和相關物資的管控，當車輛和物資進行出入庫等操作時，可以通過UWB實現信息的快速讀取和定位，從而提升管理效率。

3.4 人員引導疏散

當有重大事件發生時，安防管理平臺可通過UWB，將疏散信息推送至范圍內的人員，并根據各人員的位置信息推送疏散方案，從而最大限度避免事故或事件的發生，可以使用隨身佩戴的定位終端設備進行緊急求助。救援人員可以通過平臺迅速定位求助人員，并通過平臺提供的導航信息前往救助。同時，管理人員也可對系統下轄人員進行定位，提高管理效率（見圖2）。

4 超寬帶在軌道交通安防領域的應用

4.1 人員定位管理應用

安防管理平臺與單兵設備、個人終端等相結合，可以通過設備及相應的管理軟件，實時獲取相關人員的位置信息，并可結合BIM技術進行展示，從而直觀體現人員當前位置及環境，方便監管人員對于管理區域內的人員的實時狀態進行監控。一旦現場有緊急情況發生，可以調取預案，由系統向區域內人員發送相關信息，并進行引導，保障緊急情況下的預案執行效率，避免人員傷亡。

4.2 緊急救助應用

當人員遇到危險或需要援助時，可通過手機、單兵設備等智能定位終端尋求幫助。功能啟動后，設備調動定位模塊，將人員的實時定位信息發送至平臺并進行位置展現，平臺可根據求助位置，及時派遣人員進行事件處置。

4.3 物資和設備管理

當物資物理位置發生變化時，UWB基站可以利用高精度定位的特點對于物資的軌跡進行追蹤，并在圖上進行展示。同時，平臺可以將定位技術與電子圍欄相結合，當物資超越管理范圍時，進行報警提示，從而最大限度地保證財產安全。

5 結語

隨著科技的發展，定位及導航已經越來越多地出現在日常工作和生活中，但是由于導航技術的制約性，導致室內定位的定位精度與應用范圍一直較為落后。但是隨著UWB技術的發展成熟，其所具備的定位精度高、動態反饋靈敏、設備容量大、系統耗能低等優點，使得人們逐漸將目光投向了超寬帶技術的應用。國內針對該技術的研究應用起步較晚，但國家多次在相關指導政策中提出發展相關技術，使其逐步成為未來熱點。相信隨著UWB技術的進一步成熟，其在軌道交通安防領域的應用也將得到逐步普及。

【參考文獻】

【1】史劉強，付江濤.基于UWB定位系統設計[J].電子設計工程，2019，27（15）：161-165.

【2】王寧，宋偉中，郭海松.GNSS/UWB高精度室內外組合定位方法研究[J].通信電源技術，2019，36（10）：22-23.

【3】曹祥紅，張華.基于UWB的地下停車場車輛定位系統設計與實現[J].現代電子技術，2017，40（9）：136-140.

【4】Eryildirim A，Guldogan M B A.Bemoulli filter for extended target tracking using random matrices in an UWB sensor network[J].IEEE Sensors Journal，2016，16（11）：1.

【5】魏培，姜平，賀晶晶，等.基于內三角形質心算法的超寬帶室內定位[J].計算機應用，2017，37（01）：289-293+298.

【6】Bekasiewicz A，Koziel S.Structure and design optimisation of compact UWB slot antenna[J].Electronics Letters，2016，52（9）：681-682.

【7】李娟，崔學榮，吳春雷.基于UWB的天線陣列單基站定位方法研究[J].電子測量技術，2013，36（9）：14-17.

【8】朱文剛，常海濤，薄云覽，等.基于超寬帶技術的軌道交通定位算法研究[J].計算機測量與控制，2019（7）：218-222.