如何应用UWB技术实现 对资产的科学化管理

资产管理的起源和发展

资产管理是一个古老的行当，从原始人的绳结记账，到后来店铺的书面账本，再后来会计电算化中的进销存系统，到目前的RFID标签，资产管理的形式和手段也随着技术的发展不断演进。
 
传统的人工盘点资产设备的方式存在着工作量大、信息更新不实时、容易出错等问题，随着现代科技的发展，RFID技术为资产管理提供了全新的思路。
  
RFID根据工作原理可分为无源RFID和有源RFID两种，无源RFID由于低成本、不需要电源等优点更获得突飞猛进的发展，但由于没有电源因而工作距离一般不超过10厘米，无源RFID必须要拿到离读头10厘米以内的地方才能识别，一般用于低价值物品的管理，由于其无源特性，更多用于各种卡、本、票、证等应用。
 
有源RFID中增加了供电电源，发射信号功率要大的多，因而识别距离可以达到50-100米，早期的有源RFID与无源RFID一样都是国外进口，价格高达1000多元一个，一般用于大宗、高价物品管理，典型应用如安装在货运列车车皮外，当列车经过时对车皮进行计数、统计。
 
随着技术的进步，为了降低成本，国内资产管理行业由使用进口标签转而采用射频芯片自行开发、生产有源RFID标签，如台湾笙科公司的A7139系列、Nordic公司的Nrf24l01系列等，标签成本降到百元以内，国内大量用于电动自行车的追踪、防盗管理等。
 

目前，以中科微为代表的国产芯片公司，以Nordic公司的2.4G收发芯片Nrf24l01为蓝本，把所有有源标签所需要的功能集成为一颗SOC，推出了Si24R系列有源电子标签专用单片芯片，更是进一步将有源标签的成本降低到20-30元水平。其他公司也相继推出了了能记录温度、湿度、电池电压等各种功能的有源电子标签专用芯片。
 
与此同时，以GPS、北斗为代表的卫星定位技术也异军突起，基于卫星定位技术的位置服务也被用于资产管理，并带来了普通RFID技术不具备的位置属性，除了资产管理外，对宠物、牛羊以及人员的管理也渐渐兴起。
 
传统资产管理技术平台
 
RFID有源电子标签的特点是：
使用方便，标签直接粘贴于代管物资表面即可，里面的一次电池可以待机3-10年；
价格便宜；
接收距离可达50-100米；
没有定位功能，只能做签到、点数处理，位置精度取决于标签的接收距离；
标签多时会发生信号碰撞，标签的使用数量受限制。
 
卫星定位有源电子标签的特点是：
具有定位功能，可用于全球范围室外、精度10米的定位，用于跨国军用、警用敏感设备的定点使用监督；
标签容量不受限制；
需要地面通信网支持，向移动运营商缴纳月租；
有双向通信功能，用于租赁资产的使用监控，典型应用如挖掘机的租赁监控，系统直连挖掘机主控板，租期到后一个命令下去，挖掘机高举大臂只能行走不能挖掘；
耗电比有源RFID定位标签要大；
只能室外定位，精度也只有10米；

卫星定位有源电子标签最典型的应用就是车贷，被银行大量采用对贷款车辆进行监管，标签完全独立采用电池供电不需要接车辆电源，体积很小安装隐蔽难以发现、拆除。标签一个星期向平台报到一次接收监控命令，可以待机10年以上。当银行意识到某辆车有问题时，可以在下次标签报到时向标签发送命令开启GPS追踪模式，追踪模式开启后根据定位间隔不同可以保持追踪几个小时乃至数天。

 
因此，广义说，不论是采用RFID还是卫星定位电子标签，资产管理都可以看做是位置服务的一个特定的应用场景，RFID采用的是位置服务中的0维定位技术，收到标签信号后即把物品位置定位到读头所在位置，精度就是读头的接收范围，或者说，RFID有源电子标签只能进行点数、签到、盘点，没有定位属性。卫星定位资产管理能在全世界范围进行定位，缺点一是不能在室内使用，二是定位精度只有10米。
 
基于UWB的资产科学化管理

UWB定位资产管理方案采用UWB超宽带定位技术。根据定位区域房间、走廊和楼梯的实际情况，部署一定数量的UWB定位基站，在资产设备上固定好UWB定位标签，可以精确地定位贵重资产的实时位置，从而清晰显示所有贵重设备的具体位置。

为了能够进行定位，UWB需要布设若干个基站，根据信号流向，定位方式有上行TDOA和下行TDOA两种。

上行TDOA：

工作模式与RFID一样，标签只是按一定间隔单纯发射定位信标，周围基站收到信号后联合解算出标签的位置、ID号，得到资产管理所需的信息。这种工作模式突出优点是省电，一个纽扣电池就可工作数年。

此工作方式下所有标签都是各自独立互相无法同步，每个标签只能按照自己的节拍发送信标，也会遇到RFID一样的信号碰撞问题，因此总的标签容量是有限的，标签容量与发送频率的乘积是一个固定值。
上行TDOA方式工作原理与RFID几乎一模一样，是最容易理解的一种资产管理方案。

下行TDOA：

工作模式与GPS相同，周围基站发送定位信息，标签单向接收基站信息，并解算出自己的位置。

这种工作模式的最大长处就是标签容量无限大，但是需要另外的通信链路把算出的位置信息发送出去，一般可以采用WIFI、4G等方式。

这种模式适用于大范围、大规模的资产、人员管理，比如动辄几万几十万管理目标且分布于几十平方公里范围的大型仓储/物流企业、学校学生、公司/厂矿员工，这些应用的特点是，平均数不高，但是突发、集中、扎堆数量庞大，比如学生集体做操等等情况，按照平均数设计的RFID或上行TDOA系统此时将无法应对。

由于增加了通信环节，下行TDOA标签成本要高，而且耗电也比上行TDOA要大，多用于贵重资产管理、本身需带电源工作的资产管理如文物、汽车、机场行李车（带广告屏）、商场购物车（带导购屏）等等。

 
与传统RFID方式资产管理方案相比，UWB资产管理突出的亮点就是它的位置属性，实际上RFID资产管理也不是没有位置，只是位置精度与作用范围、读头数量始终存在牵扯。
RFID实际上相当于0维定位，其读头就像一盏灯，标签进入读头作用范围即被照亮、发现，因此其定位精度就是灯能照亮的范围，灯越亮能够照亮的范围越大，但是分辨标签移动的距离也即分辨力就越弱，反过来灯越暗，距离分辨力会越高，但是为了增加作用范围，就必须增加读头的分布数量，因此，RFID始终存在定位精度与作用范围的矛盾。
实际上，资产管理行业最重要的需求其实还是位置，因此出现了GPS定位器、蓝牙Beacon等各种基于位置的资产管理方案，但是在UWB出现以前，没有一种技术能够对工程实践中的成本、精度、容量等各种需求进行均衡的解决。蓝牙Beacon作用距离有限、GPS成本太高且只能用于室外，只有RFID，在成本、精度、可用性等各方面表现均比较优秀从而最终胜出，最大的遗憾就是没有位置。

因此可以说，有源RFID资产管理，是一种没有办法的办法。
随着UWB技术逐渐成熟，尤其是伴随国产芯片登场成本大幅度下降，UWB资产管理平台可望从根本上解决这一问题。厘米级分辨力的室内、室外高精度位置，从此将成为资产管理应用的标配。

UWB定位资产管理方案助力企业实现固定资产精细化管理，精确管控贵重资产设备，从而提高资产管理的效率。
（1）与贵重资产绑定的UWB定位标签，能够发射UWB信号来确定位置；
（2）覆盖定位区域、且位置固定的UWB定位基站，能够接收并计算从UWB标签发送过来的信号；
（3）地图与实时位置显示管理平台，获取、分析并传输信息给资产管理人员；
（4）PC端、移动端应用软件和地图服务器。

在UWB基站信号覆盖的地方，和固定资产绑定的UWB定位标签周期性地发出信号，UWB定位基站在接收到UWB标签的信号后，经过计算，将数据传送给定位服务器。

定位服务器根据信号到达不同的UWB基站的时间差来判断出贵重资产设备的实时位置，定位引擎软件显示出固定资产的实时位置，并通过电子地图显示出来。

对于更高级的应用，采用下行TDOA方式，标签通过接收各基站广播的定位信息解算出自己的位置，并据此进行自主导航，完成更复杂、强大的功能，比如机场的行李车根据位置播放广告、机场通知，商场超市的购物车导购、自动结算收款。位置属性的加入，使得资产管理的函盖范围更加宽广、功能更为强大。

 
UWB资产管理定位系统应用功能及前景

（1）实时定位固定资产的位置，实时监控，实时追踪；
（2）定位精度高。在静态定位情况下，定位精度小于等于0.3米；动态定位时，定位精度一般也不会超过0.5米；
（3）电子围栏，安全区域报警：可轻松设定特殊区域电子围栏，进出此划定区域会触发报警；
（4）历史移动轨迹回放：服务器可以存储很长时间的历史位置数据，可回访查询关键设备的历史位置信息、历史移动路径；
（5）资产位置异常报警；
（6）入库出库状态精准；
（7）人员信息管理，出入记录查询。
（8）UWB自带通信，可以向平台传输温度、湿度、设备状态等信息而不需要额外开销。

根据系统架构的设计，各个功能子系统间的衔接、数据交互、业务处理等，统一由接口子系统实现和管理，主要有以下接口：
（1）定位引擎数据API接口
（2）与监控视频的接口
（3）与监控显示屏的对接
（4）与预警/告警子系统对接
（5）与声光报警器对接
 
UWB提供的室内室外通吃的高精度三维位置信息，是资产管理应用的基本元素，有了精细位置系统的支持，资产管理将不再是简单的点数、盘点，而是可以与ERP系统、配备了UWB的叉车、机器人、机械臂、无人车、无人机联动，实现从原材料入库到生产到成品出库全过程的无人操作，无人工厂、无人仓库将成为普遍现序而不再是先进生产力的代名词，整个社会的生产力水平将会有一个质的提升。

随着UWB芯片及系统成本的降低，UWB资产管理将步入快车道，资产管理将成为UWB应用的一个重要方向。

作者介绍：王守业  易百德公司创始人

微信：y18820191722

资深无线电发烧友，西安电子科技大学电子工程系本科、硕士，专业方向为雷达信号处理。中国卫星定位监控领域及中国位置服务行业领域先驱者，从事中国位置服务行业20年。为寻求室内位置服务终极方案，创立易百德公司。