CN111627175A - 基于uwb和红外测温的人流控制系统 - Google Patents
基于uwb和红外测温的人流控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于UWB和红外测温的人流控制系统，包括UWB定位标签、红外传感器及蜂鸣报警器构成的UWB发信终端，UWB定位基站和后台服务器；定位标签负责发送人员的位置数据；红外传感器负责采集人员的体温数据；UWB定位基站负责定位UWB定位标签的位置信息，UWB发信终端和后台服务器之间进行通信；后台服务器负责分析处理数据；能够有效解决在大场所下人流密度难以监控和控制的问题。只要合理部署UWB定位基站就能覆盖大面积的公共场所，在远程后台监控的情况下对大场所中的人流的位置信息和身体状况进行监控和管理，能够有效减少人力成本和管理成本，保证车站地铁等公共场所和其他功能性场所的正常秩序，保护工作人员的健康安全，有效提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及公共卫生安全技术、红外测温技术等领域，具体的说，是基于 UWB和红外测温的人流控制系统。
背景技术
面对人流密集的地方如何进行疫情的防控措施是防止疫情进一步传播的重中之重。在这次疫情中可以看到任何传染病在人群聚集会带来肆意蔓延的风险，在火车站、地铁站、机场、商场、食堂等人员密集场所如何控制人流是必须考虑的问题。现有的控制方式是强制控制行人出行，在一定程度上损害了行人的出入自由，并且需要强大的制度约束力和管理能力，这必须要付出大量的人力成本和管理成本。如果发生大规模的人流限制，会在一定程度上损害社会正常活动，带来一定的社会经济问题。针对2019新型冠状病毒的主要传播方式是飞沫传播和接触传播，人类在不戴口罩的情况下，飞沫通过空气传播距离大约在1米左右，如果人与人之间相隔1米以上，病毒通过飞沫传播的可能性很低，所以1米可以认为是预防传染的安全距离。在一些密闭的公共场所内，比如火车站、地铁站、机场、商场、食堂等，场所面积大，不容易监督人流的安全距离。如果能实现自动监控和控制人流量，能够有效减少人力成本和管理成本，保护工作人员的健康安全，提高经济效益。
现有的监控系统主要由可见光摄像头构成，对现场进行图像采集，但无法及时反馈体温数据，同时做到对现场人流的具体数据的统计，不容易对人流的数量、密度等统计量进行精确的监督和管理。
发明内容
本发明的目的在于提供基于UWB和红外测温的人流控制系统，能够有效解决在大场所下人流密度难以监控和控制的问题。只要合理部署UWB定位基站就能覆盖大面积的公共场所，在远程后台监控的情况下对大场所中的人流的位置信息和身体状况进行监控和管理，能够有效减少人力成本和管理成本，保证车站地铁等公共场所和其他功能性场所的正常秩序，保护工作人员的健康安全，有效提高经济效益。
本发明通过下述技术方案实现：基于UWB和红外测温的人流控制系统，包括UWB定位标签、红外传感器及蜂鸣报警器构成的UWB发信终端，UWB 定位基站和后台服务器；
所述定位标签负责发送人员的位置数据；
所述红外传感器负责采集人员的体温数据；
所述UWB定位基站负责定位UWB定位标签的位置信息，UWB发信终端和后台服务器之间进行通信；
所述后台服务器负责分析处理数据，当后台发现人群之间距离不够达到安全距离时，发出报警信号，UWB发信终端中的蜂鸣报警器响起，提醒人群保持安全距离。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述UWB发信终端通过无线脉冲信号与UWB定位基站双向通信。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述UWB定位基站与后台服务器有线连接，UWB定位基站负责将接收到的发信终端发送的位置数据和体温数据上传给后台服务器进行分析。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述UWB发信终端中的红外传感器也向UWB定位基站发送行人的体温数据；所述UWB定位基站将收到位置数据和体温数据发送给后台服务器进行处理和分析。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器安装有UWB定位算法模块和数据调度模块，所述UWB定位算法模块接收UWB 定位基站传来的位置信息，根据TDOA定位算法计算出每个UWB定位标签的坐标。TDOA定位算法是根据双曲线的定位原理，测得定位目标的UWB脉冲信号同时到达两个UWB定位基站的时间差，时间差乘以光速可以得到距离差。根据到达两个UWB定位基站的距离差为定值的轨迹是双曲线的原理，利用两个或者多个双曲线的交点求得待定位点的目标位置。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述数据调度模块负责进行数据统计分析的工作，包括统计区域内的UWB定位标签的数量，即人数，利用UWB技术超高空间分辨率的特点，精确计算每个UWB定位标签之间的距离，判断人群之间的距离是否大于设定的安全距离，以及判断每个 UWB发信终端传递的体温数据是否小于体温阈值。具体的分析方法包括下述任一种：
(1)数据调度模块通过统计UWB定位标签的数量，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过 UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
(2)数据调度模块通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB 定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
(3)数据调度模块通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB 定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过分析行人的位置信息与建筑内部的绝对关系，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)现有的监控系统主要由可见光摄像头构成，对现场进行图像采集，但无法及时反馈体温数据，同时做到对现场人流的具体数据的统计，不容易对人流的数量、密度等统计量进行精确的监督和管理。本发明能够有效解决在大场所下人流密度难以监控和控制的问题。UWB发信终端和UWB定位基站之间采用双向通讯模式，UWB发信终端具有动态刷新率、定位精度高等优点，同时具备报警功能和体温监测功能，能实时反映行人的位置信息和体温信息。UWB定位标签安装在随身携带的必备物品上面，体积小巧，携带方便。
(2)本发明在应用时，只要合理部署UWB定位基站就能覆盖大面积的公共场所，在远程后台监控的情况下对大场所中的人流的位置信息和身体状况进行监控和管理，此系统灵活性和简便安装全网同步工作，无分区组网结构，安装灵活简单，可扩展性强，能够有效减少人力成本和管理成本。保证车站地铁等公共场所和其他功能性场所的正常秩序，保护工作人员的健康安全，有效提高经济效益。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
图2为TDOA算法原理图。
图3位本发明应用实施流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
UWB采用高精度定位的时域脉冲技术，信号到达时间差(TDOA)测量技术，来确定标签和定位基站的距离，并将数据传输至同步控制器及定位引擎软件，定位精度达到10cm。高精度定位系统由定位标签、基站、同步器和定位引擎组成。定位标签与基站之间采用TDOA(TimeDifferenceofArrival)到达时间差，定位标签利用UWB脉冲信号给基站，UWB定位基站接受到信号后采用TDOA定位算法对标签位置进行分析，最终通过以太网传输到超宽带定位系统服务器。
定位标签和基站之间采用双向通讯模式，基站可以对标签发出控制指令，可以让定位标签进入休眠状态，可以调整定位标签刷新率，标签报警等功能。定位标签发出UWB脉冲信号，定位区域内基站负责接收，UWB定位基站计算出TDOA等定位原始数据，并发送至后台服务器进行数据分析。
根据监控区域面积的实际情况，在定位单元进行UWB定位基站的布置，并将其连成一个整体的定位网络，确保每个地点都能实现高精度的二维或三维定位通过后台服务器进行配置管理，定位软件运行在后台服务器中，将数据汇总提供接口给后台服务器的上层软件应用平台应用。
实施例1：
本发明设计出基于UWB和红外测温的人流控制系统，能够有效解决在大场所下人流密度难以监控和控制的问题。只要合理部署UWB定位基站就能覆盖大面积的公共场所，在远程后台监控的情况下对大场所中的人流的位置信息和身体状况进行监控和管理，能够有效减少人力成本和管理成本，保证车站地铁等公共场所和其他功能性场所的正常秩序，保护工作人员的健康安全，有效提高经济效益，特别采用下述设置方式：包括UWB定位标签、红外传感器及蜂鸣报警器构成的UWB发信终端，UWB定位基站和后台服务器；
所述定位标签负责发送人员的位置数据；
所述红外传感器负责采集人员的体温数据；
所述UWB定位基站负责定位UWB定位标签的位置信息，UWB发信终端和后台服务器之间进行通信；
所述后台服务器负责分析处理数据，当后台发现人群之间距离不够达到安全距离时，发出报警信号，UWB发信终端中的蜂鸣报警器响起，提醒人群保持安全距离。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述 UWB发信终端通过无线脉冲信号与UWB定位基站双向通信。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述UWB定位基站与后台服务器有线连接，UWB定位基站负责将接收到的发信终端发送的位置数据和体温数据上传给后台服务器进行分析。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述UWB发信终端中的红外传感器也向UWB定位基站发送行人的体温数据；所述UWB定位基站将收到位置数据和体温数据发送给后台服务器进行处理和分析。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器安装有UWB定位算法模块和数据调度模块，所述UWB定位算法模块接收UWB定位基站传来的位置信息，根据TDOA定位算法计算出每个UWB定位标签的坐标。TDOA定位算法是根据双曲线的定位原理，测得定位目标的UWB脉冲信号同时到达两个UWB定位基站的时间差，时间差乘以光速可以得到距离差。根据到达两个UWB定位基站的距离差为定值的轨迹是双曲线的原理，利用两个或者多个双曲线的交点求得待定位点的目标位置。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述数据调度模块负责进行数据统计分析的工作，包括统计区域内的UWB定位标签的数量，即人数，利用UWB技术超高空间分辨率的特点，精确计算每个UWB定位标签之间的距离，判断人群之间的距离是否大于设定的安全距离，以及判断每个UWB发信终端传递的体温数据是否小于体温阈值。具体的分析方法包括下述任一种：
(1)数据调度模块通过统计UWB定位标签的数量，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过 UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
(2)数据调度模块通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB 定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
(3)数据调度模块通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB 定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
实施例7：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过分析行人的位置信息与建筑内部的绝对关系，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
实施例8：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
实施例9：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述后台服务器通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
实施例10：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，基于UWB和红外测温当人流控制系统，主要由三个部分组成，包括UWB发信终端、UWB定位基站和后台服务器。随身的UWB发信终端包括UWB定位标签、红外传感器和蜂鸣报警器，随身的UWB发信终端选择性安装在地铁卡、公交卡、饭卡、门卡、员工工作牌等随身携带物品上，其中定位标签负责发送人员的位置数据、红外传感器负责采集人员的体温数据。UWB定位站负责定位UWB定位标签的位置信息，与UWB发信终端和后台服务器之间进行通信。后台服务器负责分析处理数据，当后台发现人群之间距离不够达到安全距离时，发出报警信号，发信终端中的蜂鸣报警器响起，提醒人群保持安全距离。
UWB发信终端选择性安装在地铁卡、公交卡、饭卡、门卡、员工工作牌等随身携带物品上，根据应用场景，应用于地铁时可以安装在地铁卡上，应用于公交时可以安装在公交卡上，应用于工厂时可以安装在员工胸牌或者门卡、饭卡上，做到人和发信器一一对应。
UWB定位基站固定安装在室内场所内部，根据建筑内部的结构在合理的位置安装UWB定位基站，保证UWB定位基站的覆盖范围涵盖建筑内部所有区域。随身的UWB发信终端与UWB定位基站通过无线脉冲信号进行双向通信，UWB定位基站与后台服务器有线连接，UWB定位基站负责将接收到的发信终端发送的位置数据和体温数据上传给后台服务器进行分析，其结构如图1 所示。
如图3所示，首先需要对需要安装UWB定位基站的建筑内部进行建模，在合适的位置安装UWB定位基站，保证UWB定位基站的覆盖范围涵盖建筑内部所有区域，并将UWB发信终端安装在需要的设备上，例如地铁卡、公交卡、饭卡、门卡、员工工作牌等，保证行人和UWB发信终端一一匹配。将 UWB定位基站和UWB发信终端以及后台服务器进行匹配和连接。预先设置好必要的区域人数阈值、体温阈值、行人安全距离等参数，以保证后续功能的正常运行。当人群进入装备了此系统的建筑物内部时，随身携带的UWB发信终端向UWB定位基站发送时域脉冲信号反馈行人位置信息，UWB发信终端中的红外测温模块也向UWB定位基站发送行人的体温数据。UWB定位基站将收到位置数据和体温数据发送给后台服务器进行处理和分析，后台服务器对不同的情况调用安装的相应程序进行计算。
后台服务器安装两个算法模块，分别是UWB定位算法模块和数据调度模块。UWB定位算法模块接收UWB定位基站传来的位置信息，根据TDOA定位算法计算出每个UWB定位标签的坐标。TDOA定位算法是根据双曲线的定位原理，测得定位目标的UWB脉冲信号同时到达两个UWB定位基站的时间差，时间差乘以光速可以得到距离差。根据到达两个UWB定位基站的距离差为定值的轨迹是双曲线的原理，利用两个或者多个双曲线的交点求得待定位点的目标位置，原理如图2所示。
数据调度模块负责进行数据统计分析的工作，包括统计区域内的UWB定位标签的数量，即人数，利用UWB技术超高空间分辨率的特点，精确计算每个UWB定位标签之间的距离，判断人群之间的距离是否大于设定的安全距离，以及判断每个UWB发信终端传递的体温数据是否小于体温阈值。具体的分析流程包括如下方式：
(1)数据调度模块通过统计UWB定位标签的数量，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过 UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。即后台服务器通过分析行人的位置信息与建筑内部的绝对关系，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
(2)数据调度模块通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB 定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。即后台服务器通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
(3)数据调度模块通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB 定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。即后台服务器通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：包括UWB定位标签、红外传感器及蜂鸣报警器构成的UWB发信终端，UWB定位基站和后台服务器；
所述定位标签负责发送人员的位置数据；
所述红外传感器负责采集人员的体温数据；
所述UWB定位基站负责定位UWB定位标签的位置信息，UWB发信终端和后台服务器之间进行通信；
所述后台服务器负责分析处理数据。
2.根据权利要求1所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述UWB发信终端通过无线脉冲信号与UWB定位基站双向通信。
3.根据权利要求1所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述UWB定位基站与后台服务器有线连接，UWB定位基站负责将接收到的发信终端发送的位置数据和体温数据上传给后台服务器进行分析。
4.根据权利要求1所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述UWB发信终端中的红外传感器也向UWB定位基站发送行人的体温数据；所述UWB定位基站将收到位置数据和体温数据发送给后台服务器进行处理和分析。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述后台服务器安装有UWB定位算法模块和数据调度模块，所述UWB定位算法模块接收UWB定位基站传来的位置信息，根据TDOA定位算法计算出每个UWB定位标签的坐标。
6.根据权利要求5所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述数据调度模块负责进行数据统计分析的工作，包括统计区域内的UWB定位标签的数量，精确计算每个UWB定位标签之间的距离，判断人群之间的距离是否大于设定的安全距离，以及判断每个UWB发信终端传递的体温数据是否小于体温阈值。
7.根据权利要求1~4、6任一项所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述后台服务器通过分析行人的位置信息与建筑内部的绝对关系，计算每个单位区域内的行人总数，当单位区域内的行人总数超过设置的区域人数阈值时，通过UWB定位基站激活UWB发信终端上的蜂鸣报警器，向行人提出警告和提醒。
8.根据权利要求1或21~4、6任一项所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述后台服务器通过分析行人之间的相对位置信息，计算每个UWB定位标签之间的相对距离，当相对距离小于设定的安全距离时，向此UWB发信终端发送报警信号，行人的UWB发信终端上的蜂鸣报警器发出报警声响。
9.根据权利要求1~4、6任一项所述的基于UWB和红外测温的人流控制系统，其特征在于：所述后台服务器通过接收到的体温数据，判断行人体温是否高于设定的体温阈值，若高于体温阈值则判断行人有发热的身体不适症状，通过UWB定位基站向行人的UWB发型终端发送报警信号。
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