城市环卫工作者为了广大市民为一洁净亮丽的生活环境 ，良好的市容市貌，环卫工人的付出有目共睹，不分昼夜，战严寒顶酷暑，付了大量辛勤的劳动。

在具体实施过程也出现许多现实问题，智能化配套设备不高，环卫工人老龄化，城市环卫要求逐步提升，高速增长的需求量与环卫用人缺口，机械化已经很难满足，急需将打打造出更智能化，数字化、具备高精度定位、导航功能多场景适用环卫设备，将从机械化里程逐步过渡至智慧化时代，以环卫机器人形态开启智能环卫模式，对环卫管理所涉及到的人、车、物、事进行全过程实时精准位置服务，合理设计规划环卫管理模式，提升环卫作业质量，降低环卫运营成本。

一、自动环卫车作业时对实时精确定位、导航应用的重要性

从地面到地下，从陆地到水面，环卫产业环境复杂且多样性，环卫工人一线作业者居多年龄偏大、作业风险高、成本与清洁难度日益提高，全自动智能无人化运作将成为至关重要点，推动智慧终端产业发展，达到“智慧+”环卫创新模式，以UWB（超宽带）高精度定位、导航功能在环卫车上的应用,集成各智能终端，实现环卫设备更化智能化、无人化、数字化、系统化等创新模式打造环卫全链条闭环管理，实现真正无人环卫，为产业降本、增效、提质。

无人化环卫模式的打造并非为了取代环卫工人，不管是环卫机器人还是其他智能环卫终端，其根本是为了纾解环卫老龄化与填充用人缺口，将技术与产业紧密结合才是真正赋能产业，助力升级，是他们的辛勤劳动才保障了城市市容市貌，给大众一个优美环境。

二、UWB工作原理及系统功能

UWB是超宽带(Ultra-wideband)的缩写，主要专注于室内定位，又称为脉冲无线电（Impulse Radio）技术。早在上个世纪60年代，UWB技术就被应用于军用雷达、定位和低截获率/低侦测率的通信系统中。UWB目前主要应用在静止或动态的人车物高精度定位领域的位置服务应用。从频域来看，超宽带有别于传统的窄带和宽带，它的频带更宽，窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于1%，相对带宽在1%-25%之间的被称为宽带，相对带宽大于25%、或者中心频率大于500MHz的被称为超宽带。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同，这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信，所以又称为基带传输或无载波技术。脉冲UWB技术的脉冲长度通常在亚纳秒量级，信号带宽经常达数千兆赫兹，比任何现有的无线通信技术的带宽都大得多， (超宽带在军事上的应用最主要就是超宽带雷达，雷达的主要功能就是定位和测距)近年来被应用在无线定位和雷达测距应用中，因此作为民用雷达和民用测距取得了较快的发展。

（一）UWB定位系统的组成

1、定位系统主要的硬件有定位微基站（或称定位阅读器），布设于被定位空间内，相当于GPS中的“定位卫星”，是定位系统的重要组成，定位系统的微基站有多种品类，适合于室内外多种环境。

2、定位标签，同为定位系统的重要组成部分，分为腕带型、工牌型、资产型等多种类型，高度适配于人员、车辆、资产等的定位追踪。

3、基础定位系统，无线定位系统的标配软件，提供位置地图服务、实时轨迹显示、组织架构管理、电子围栏及告警管理、软件权限管理等基础定位应用功能。

（二）UWB高精度定位系统的特点

首先是精准度极高。UWB可以到厘米级精准度，目前在众多定位技术中没有比这精度级别更高的，场地实测定位标签在静止或动态时，定位精度可控制在20厘米内。据了解，GPS是5到20米，WIFI是5到15米。

第二是可靠度高。对于不同的物体直接传输识别，抗多径干扰，UWB 的能力是最强的。

第三是实时。延时特别短，毫秒级，比GPS的响应时间快50倍，这个是一个非常好的性能，未来会有很好的应用。

第四实现方式简易，功耗比较低，各种手持产品都是可以非常方便应用的。

第五高安全性,一般手机里是有安全单元，UWB本身符合IEEE 802.15.4a/z边界协议，数据包里面含有加密的字段，可以对数据进行加密。还可以结合手机里的SE安全单元，做更高的安全级别。

第六运营成本低，因标签与基站间进行数据采集传输，无需支付其他通信费用。

（三）定位原理分析

UWB工作的方式比较直接，当一个射频信号源发出去以后，接收源会第一时间收到直线距离到达的信号。通过接收的时间戳，可以计算信号飞行距离。对于UWB来讲，所有的反射对它来说都可以忽略不计，直接可以接收分辨出最先到达的信号。不止这些，还可以通过到达相位差、计算出角度差，最后通过距离和角度来定位出接收端的目标在什么相对位置。

无线定位技术是指用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法，即定位算法。目前最常用的定位技术主要有：时差定位技术、信号到达角度测量(AOA)技术、到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDOA)等。其中，TDOA技术是目前最为流行的一种方案，除了用于GSM系统，在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用，UWB定位采用的也是这种技术。TDOA保证了UWB定位的高精度可以达到10cm左右。TDOA测距本质上就是脉冲序列设备信号，采用非常款的频谱所以抗干扰能力比较强。

UWB定位技术只是属于无线定位技术的一种，流行的无线定位技术包括GPS定位、北斗定位、蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位等，其中GPS、北斗主要用在室外定位，蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位、UWB定位、运营商基站定位主要用于室内定位。UWB定位和蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位比较起来有精度上的优势。

（四）系统功能

其具体实现路径为：通过在室内空间布设合理数量的微基站，精确定位人员、车辆、资产上的定位微标签，并借助基于GIS的标准型定位应用软件（基础定位系统、增值应用系统），开放的定位引擎API接口、位置大数据平台，在精确定位基础上，实现轨迹追踪、区域报警、摄像联动、大数据分析等多种应用功能。

具体的应用功能有：

1.实时高精度赋予环卫设备管理功能，提供实时厘米级位置服务。

2.快速查找：各种查询功能，包括设备的查询、地点的查询、时段的查询、位置的查询。

3.轨迹回放：历史轨迹根据时空定义进行回放。

4.危险报警：设备相互间防碰撞等。

5.视频联动：支持海康、大华等厂商对接。

6.图像处理：视频拼接、打包下载。

7.设备异常：设备断电、断网等异常报警。

8.低电压报警：终端低电压提供报警。

9.电子围栏：人员行为有效管控，减少违章，增强安全。

10.重要物资监管：重要物质监管，保证按照操作规程/程序执行

三、UWB高精度定位系统在环卫设备上的应用

赋能现有环卫设备，在现有环卫设备上配置相应的UWB高精度定位设备，实现环卫设备高精度定位、导航，推动智慧终端产业发展，达到“智慧+”环卫创新模式，以UWB（超宽带）高精度定位、导航功能在环卫车上的应用,集成各智能终端，实现环卫设备更化智能化、无人化、数字化、系统化等创新模式打造环卫全链条闭环管理，实现真正无人环卫，为产业降本、增效、提质。

（一）UWB高精度定位系统在环卫设备功能实现

1、实时定位

环卫设备位置数据的采集及传输，作为系统的基本功能，根据用户的不同需求，既可实现设备位置的区域定位，也可实现精确定位。系统采集的设备信息数据均存储在数据库中，当需要时可随时调用，为日后的事件追溯和分析提供依据。

2、数量统计

实现各环卫设备数量统计汇总，并且能够根据工种，班组等进行分类归纳统计，为管理带来极大的方便。

3、轨迹回放

系统自动记录标签的位置信息，可查询不同时间段定位人员、定位车辆的运动轨迹。

4、电子围栏

通过规划重点区域、危险区域范围及设置准入权限，减少更多安全隐患，避免造成不必要的危险发生。

5、防碰撞报警

系统自动记录各设备的，一旦超过设置阈值，系统发出报警，避免作业事故。

6、离线监控

系统自动统计的离线人数，并保存工人离线前最后位置，全方位保障工人的安全。

7、视频联动

系统自动判定定位对象的位置信息，智能调用附近摄像头，实现人员设备的全方位监管。

8、自检功能

系统采用设备具有自检功能，可定时进行自检，随时掌握设备运行情况，及时发现故障情况，防止影响系统正常运行。

9、大数据分析

统计分析施工人员的工作情况，寻找可能潜在的隐患点，对工作流程进行改进。

（二）高精度定位的实现

自研的高精度矢量地图，支持二维、三维可视化呈现;轻量化渲染引擎，标准化开发接口，支持本地部署，可加载各物联网应用。

基础定位系统（提供位置地图服务、实时轨迹显示、组织架构管理、电子围栏及告警管理、软件权限管理）等各应用功能组成。

1、基站的设置

UWB定位基站可依据隧道、矿井室内环境进行设置，可预装好位置地图服务，确定基站安装点位，一旦需精准位置服务时，即布置相应的基站，实现位置服务功能。

2、定位系统的可开发、可集成

高精度定位服务不仅需要提供后台SDK接口，如定位数据、区域关系，还需要提供前端接口，如地图的编辑和操作、标签在地图上的显示、区域的设置，以及视频的编解码、热力图等接口，满足客户应用的定位系统，可以节约80%以上的工作量。

四、乾位智通技术公司简介

乾位智通（深圳）技术有限公司应用自主掌握的UWB精准定位算法，致力于二维、三维高精度定位，专注于嵌入式软硬件开发、UWB厘米级定位算法研发、应用层软件开发，已实现不同场景复杂环境下的多基站快速组网的商用。

UWB具有超宽带宽、定位精度高、抗干扰能力强等特性。目前，UWB技术已经应用于消费电子和工业领域。在消费电子领域，UWB可用于寻物定位以及数字车钥匙、无感门禁、无感支付、智能家居等。工业应用包括智能制造、电力能源、煤矿、隧道等场景实现人、车、物动态静态下的精精准位置服务。