随着综合管廊工程建设逐步完善,城市主动脉的功能特征日渐显现,管廊安全问题成为行业关注焦点。因此,管廊内部的日常维护工作尤为重要。目前,廊内维护工作仍需人为干预完成,为保证管廊维护工作人员的人身安全,综合管廊内需设置人员定位系统。

无线定位方式的算法可分为到达时间法、到达时间差法、到达角度法、信号强度法4种方法,利用直线或曲线确定二维平面上的点的理论基础。

无线WiFi技术由多个无线接入点(AP)组合而成,将接入点在同一平面或不同平面排布,形成无线局域网(WLAN),当处于复杂环境时,可辅助完成各项通信任务。当以某一无线接入点为基点时,使用数据模型建模方式,可确定在该无线接入点检测范围内的其他无线接入点或移动端的位置,定位精度可保持在20m之内。定位的具体算法采用的是无线接入点与周围其他无线接入点的信号强弱程度实现定位功能,另外,WiFi接入点通常能覆盖半径100m左右的区域,定位器能耗较高。

蓝牙技术虽然适用于室内环境,但其信号强度易受布置方式影响,信号传输距离较短,对环境要求较严格,在小范围的空间环境中,如酒店大堂等,持有带蓝牙功能的移动设备,开启蓝牙功能后,定位功能即可使用。当处于管廊等复杂环境时,蓝牙定位功能稳定性略差,信号易被干扰。在管廊中应用时,需做好抗干扰措施。

红外线技术以光学传感器为载体,实现信号的室内传播,通过对区域内各个移动端的IR标识信号接收确定每个移动端的位置,相较于蓝牙技术,定位精度较高。由于红外线对物体的穿透能力较弱,遇到其他光线时易受到干扰,因此该项技术适用于空旷的室内空间,且传播距离仅限于肉眼可见的范围。当移动设备被遮挡时则无法正常工作。在管廊中应用时,由防火门和防火墙分隔的每个舱室均需安装红外接收天线,因此经济性不高。

超宽带技术定位精度较高,常应用于机器人运动控制,和其他通信技术的最大差异在于,超宽带技术不使用常见传统通信体制中的载波,采用的传输数据方式是纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲。因而超宽带技术与窄带技术相比,具有穿透力更强、更安全、系统较简单、功耗低、精度高等优势,较多应用于需要室内精准定位的运动物体。

超宽带技术的优异特性决定了其在通信领域的地位,但也有一定局限性:(1)距离问题,不是其本身的发射距离短,而是为了不影响其他设备,受限于FCC中规定的低功率指标(1MW以下);(2)其他窄带无线技术对该项技术干扰大。综合以上2点,由于管廊内无线通信设备较多,如巡检人员的无线对讲机使用了窄带通信技术,超宽带技术的引入无疑会带来干扰,因此,该项技术目前不适用于管廊内人员定位。

RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据,实现移动设备识别和定位目的。可在几毫秒内得到厘米级定位精度信息,且传输范围大,成本较低。RFID射频技术包括发射端和接收端两部分,采用双向互传的通信方式,定位精度达到每毫秒厘米级。该项技术有很多优点,但由于RFID技术的安全隐私问题尚未解决,使其适用范围受到限制。管廊的分区均在200m左右,需定位范围也应在200m左右,因此,RFID定位技术不适用于管廊内部人员定位技术。

超声波定位采用的测距方法主要是反射测距,发射源向被测物体发出超声波信号,物体反射回波,由超声波与回波先后接收到的时间差值,计算出发射源与物体之间的距离,再通过一系列的定位算法确定物体位置。

超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单,但易受多径效应和非视距传播的影响,降低定位精度;同时,还需大量的底层硬件设施投资,总体成本较高。

在理论研究的基础上进行一部分测试工作,单个分区管廊改良的模型算法如图1所示。

假设L为2个相邻无线接入点(无线接入点AP₁和无线接入点AP₂)之间的距离,则有:x₁+x₂=L。

在实际管廊中,防火分区最大距离为200m,又由于无线接入点的技术限制,2个接入点最大距离为100m,由此:

式中,x₁和x₂分别为移动终端在2个相邻无线接入点连线上的投影点到2个相邻无线接入点的距离;S_A和S_B分别为移动终端到2个相邻无线接入点的距离占比;无线接入点AP₁和无线接入点AP₂之间的最大距离为L_max。

基于对上述6种无线方法的分析,得出结论,目前,无线WiFi技术为最适用于管廊内部人员定位的无线技术,其可接受的精度范围、稳定性高,成本低。