摘要：本文对基于UWB高精度定位的设备进行了软硬件研发系统设计, 主要考虑其在变电站等需要进行安全作业的区域施工上的一些问题与功能模块的设计, 以及从系统的部署方式与整体框架层面进行了设计分析。考虑了系统的各功能模块的覆盖与可扩展性。对于基础定位设计环节进行了阐述。
关键词：UWB; 高精实时定位; 变电站; 系统设计;
变电站作为电网的基础, 也是电网生产运行的高危工作区域, 其作业安全管理尤为重要。统计数据表明, 变电站现场的安全事故中大约有三分之一是由于值班人员或作业人员未认真执行设备巡视规程、未认真执行安全操作与管理规程、超区域作业、现场监护查勘不到位等人为因素所造成的。
通过室内定位UWB和物联网技术, 实现室内高精度定位室内外实时定位, 第一时间有效获取人员位置信息、时间信息、轨迹信息等, 及时发现遗漏异常行为, 实现自动化监管设施的联合动作, 提高应急响应速度和事件的处置速度, 形成人防、技防、物防、联防四防合一的立体化防范格局, 变被动式巡检为主动智能化巡检, 有效提高电站的管理水平和管理效率。UWB (Ultra Wideband) 是一种无载波通信技术, 利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。
1 系统功能模块
(1) 实时定位, 智能预警:进入电站内部, 根据各种工作人员、巡检人员和视察人员佩戴不同标签对其进行实时定位和智能预警。 (2) 智能巡检, 智能预人员位置长时间静止不动;人员规定时间位置错误;巡检人员路线错误。 (3) 重要物品监管:全天候监管内部重要物资;采用超宽带定位技术可以实现对贵重物品有效监管和追踪。 (4) 视频联动与追踪一旦发生报警, 中心服务器会自动根据定位信息进行视频联动, 并进行位置追踪。 (5) 紧急情况人员管制:一旦出现紧急事件, 可通过管控中心实时了解到所有电站内部人员的位置信息。管控中心根据事件发生地, 及时进行快速调度和人员管制。为管理人员提供道路引导帮助。 (6) 二次开发与远程监管:提供位置信息, 利于客户进行二次开发;提供web版客户端利于客户与自身中心服务器对接;提供APP客户端, 便于远程监管。 (7) 中心服务器统一监管:提供标准接口, 便于超宽带定位导航系统与GIS地理信息系统、摄像监控系统等平台对接;提供强大的定位、导航、监控、数据处理、服务、指挥调度以及云分析等一系列功能。 (8) 中心系统平台职能:根据电站的特殊性, 中心系统平台具有多种系统职能, 包括智能巡检监控、位置信息综合查询、智能签到与智能点名、业务指标实时统计和监测功能、系统数据分析功能、常用报表查询功能、系统信息资源检索、视频监控信息集成、报警系统集成、实时位置标记、广播联动集成、消防联动集成、设备运行状态监测功能、系统配置功能。
2 软硬件研发
2.1 定位标签与安全帽的集成
(1) 主要功能, 集成在安全帽的上的定位标签在进入所设定的危险区域中, 实时预警, 保障工作人员的安全。预警提示主要包括LED灯、蜂鸣器、振子三种方式。 (2) 消音设置, 当进入危险区域时, 蜂鸣器会报警, 此时若想关闭当前的蜂鸣器报警, 可以按一下标签外壳上的按键。蜂鸣器报警即解除。 (3) 充电功能, 锂电池电量不足造成无法工作时, 也在线对锂电池充电, 电源为专用电源。 (4) 设置功能, 标签可通过Micro USB进行设置, 设置内容包括:标签ID, 标签振子开关等, 设置功能可扩展。
2.2 硬件部署方案
我们设计的相关高精定位软件, 通过与厂商定位硬件SDK通讯, 实时获取定位目标的二维坐标值, 并将此结果, 应用到软件平台中, 提供高级的上层应用服务。
2.3 整体软件硬件功能连接
图1 软硬件功能连接图
YYHLoc Server:控制各个厂商的定位硬件设备。
YYHardware Server:硬件与上层软件应用的沟通层。
YYWeb Server:上层应用与WEB服务。
整个软件系统使用B/S的架构, 主要为了提供软件上的部署。在实际需要监控的工作场景环境中, 部署好定位设备系统, 我们与这些硬件设备进行统一通讯, 对硬件进行设置、获取定位实时数据等操作。用户在远程WEB上, 进行功能性的操作, 通过WEB界面与远程的定位环境进行通讯与控制。
2.4 软件平台框架功能设计
图2 高精定位系统平台框架远景设计图
设计实现与厂家定位硬件系统的对接标准, 在此基础上, 设计“定位硬件虚拟层”“定位硬件统一API接口”。通过此硬件层面, 预留将来与其他厂家硬件的规约接入。
整个应用软件平台设计内部的核心处理引擎, 对外以接口的方式提供软件、硬件访问。
在上层应用中, 主要实现二维地图的展示、系统参数配置、硬件设置、地图端告警等功能模块。
3 结语
变电站内使用UWB技术对工作人员进行安全定位与监控, 是出于安全管理的要求。所进行的设计, 既要符合目前的安全作业标准, 也要融入新的安保元素。由于UWB的高效性、高精度, 相关产品的能耗低, 所以该技术是可以运用在变电站区域中的。与此相关的配套软硬件产品, 也是为了保障整个管控是可操作可使用的, 也是具备方便性的。
整个设计以安全为出发点, 以软硬件相配合技术为手段, 内外兼修实现了平台的成功建设。
参考文献
[1]王金龙.无线超宽带 (UWB) 通信原理与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2005.
[2]方旭明.短距离无线与移动通信网络[M].北京:人民邮电出版社, 2004.
