CN108363035A - 一种施工现场人员定位系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决施工现场人员的无法精确定位问题,本发明提供一种施工现场人员定位系统及其使用方法。本发明的一种施工现场人员定位系统的技术方案如下:一种施工现场人员定位系统,包括分布在施工现场的若干主锚节点、分布在各个主锚节点周围的若干从锚节点、定位标签、数据网关、以及服务器;定位标签包括与主锚节点通讯的主标签、与从锚节点通讯的从标签,以及为主标签和从标签供电的电池;主锚节点、从锚节点分别与数据网关连接;数据网关与服务器连接。本发明的一种施工现场人员定位系统,采用多级锚点机制,逐步缩小了定位区域的范围,减少了定位过程中障碍物对定位的干扰,实现了在施工现场对人员的精确定位。

Description

一种施工现场人员定位系统及其使用方法
技术领域
[0001]本发明属于定位技术领域,特别涉及一种施工现场人员定位系统及其使用方法。
背景技术
[0002]现代化的施工作业中,由于工程量巨大,现场情况复杂,给现场管理与救援工作带 来一定的难度。因此,采用定位技术了解施工人员在建筑中的位置、状态,对工程管理以及 事故营救有着重要的意义。
[0003]但是,由于现有定位技术所采用的无线传感器节点本身携带的能量和计算能力有 限,再加上施工现场部署区域一般地形较为复杂,存在大量遮挡,信号削弱明显,导致难以 精确定位。因此,目前还没用较为成熟的针对施工现场人员定位的通用定位算法。
发明内容
[0004]为了解决施工现场人员的无法精确定位问题,本发明提供一种施工现场人员定位 系统及其使用方法。
[0005]本发明的一种施工现场人员定位系统的技术方案如下:
[0006] —种施工现场人员定位系统,包括分布在施工现场的若干主锚节点、分布在各个 主锚节点周围的若干从锚节点、定位标签、数据网关、以及服务器;
[0007]定位标签包括与主锚节点通讯的主标签、与从锚节点通讯的从标签,以及为主标 签和从标签供电的电池;
[0008]各个主锚节点分别与分布在其周围的若干从锚节点连接;
[0009]主锚节点与数据网关连接;
[0010]数据网关与服务器连接。
[0011]本发明的一种施工现场人员定位系统的有益效果如下:
[0012]本发明的一种施工现场人员定位系统使用时,首先将施工现场划分成若干区域, 在各个区域内分别布置主锚节点,并在各个主锚节点周围布置从锚节点;
[0013]然后,各个主锚节点与定位标签的主标签建立通讯,测得各个主锚节点与定位标 签之间的距离,测得的数据通过数据网关上传至服务器,服务器对上传的数据进行分析,取 主锚节点与定位标签之间距离最短的主锚节点所在区域作为定位标签的所在区域;
[0014]最后,定位标签所在区域的各个从锚节点与定位标签的从标签建立通讯,测得定 位标签的坐标,测得的数据通过数据网关上传至服务器,服务器对上传的数据进行分析,确 定定位标签的精确位置。
[0015]本发明的一种施工现场人员定位系统,采用多级锚点机制,在确定定位标签位置 时,首先通过比较主锚节点与定位标签之间的距离,确认定位标签的大致区域,然后在一个 有限的区域内,通过从锚节点确定定位标签的坐标,逐步缩小了定位区域的范围,减少了定 位过程中障碍物对定位的干扰,实现了在施工现场对人员的精确定位。
[0016]另外,由于本发明采用多级锚点机制,因此,大大减少了锚节点的部署数量,减少 了成本投入。
[0017] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述主锚节点为RFID定位基 站,所述从锚节点为UWB定位基站,所述主标签为RFID标签,所述从标签为UWB标签。
[0018] RFID定位基站与RFID标签通讯时,采用RSSI算法(Received Signal Strength Indication)实现人员的初步定位。
[0019] RSSI算法己知信源节点发射无线信号的信号强度值,利用理论或经验的无线信号 传播模型计算无线信号在传播过程中的损耗,将无线信号的损耗转化为未知节点和信源节 点间的距离。
[0020] RSSI算法测距技术的统计模型公式如下:
[0021] P (d) =P0_10n (lg d-lg dO)
[0022] 其中P (d)代表距离d处的信号强度;
[0023] P0是在参考距离dO处测得的信号强度值,一般dO取1米;
[0024] n为路径损耗因子,为常数,根据信号传播的介质,取值范围一般在2到4之间。通过 以上公式即可得出距离d。
[0025] UWB定位基站与UWB标签通讯时,采用双向飞行时间法。UWB定位基站在T1时刻向 UWB标签发射的请求脉冲信号,UWB标签收到请求脉冲信号后向UWB定位基站发射反馈脉冲 信号,UWB定位基站收到反馈脉冲信号的时刻为T2,此时,WB定位基站与UWB标签之间的距 离为(T2-T1)/2*C,其中C为光速。再结合三边测量法,即可得出定位标签的具体坐标。
[0026] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统中,为了能够精确定位定位标签, 所述主锚节点周围设置四个从锚节点。其中三个从锚节点用于对定位标签实现精确定位, 另外的一个从锚节点用于对定位标签位置的校验,确保定位的准确性。
[0027] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述定位标签还包括信息存储 卡,信息存储卡与主锚节点和从锚节点相互通讯。信息存储卡存储携带人员的特征信息,便 于服务器识别。
[0028] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述定位标签由人员携带。所 述定位标签可以固定在施工人员的安全帽上。
[0029] 本发明还提供一种上述施工现场人员定位系统的使用方法。
[0030] 本发明的一种施工现场人员定位系统的使用方法的技术方案如下,包括如下步 骤:
[0031] 第一步,将施工现场划分成若干区域,在各个区域内分别布置主锚节点,并在各个 主锚节点周围布置从锚节点;
[0032] 第二步,各个主锚节点与定位标签的主标签建立通讯,测得各个主锚节点与定位 标签之间的距离,并将数据发送至数据网关,数据再通过数据网关上传至服务器,服务器对 上传的数据进行分析,取主锚节点与定位标签之间距离最短的主锚节点所在区域作为定位 标签的所在区域;
[0033] 第三步,定位标签所在区域的各个从锚节点与定位标签的从标签建立通讯,测得 定位标签的坐标,并将数据发送至主锚节点,主锚节点再将数据发送至数据网关,数据再通 过数据网关上传至服务器,服务器对上传的数据进行分析,确定定位标签的精确位置。
[0034] 本发明的一种施工现场人员定位系统的使用方法的有益效果如下:
[0035]本发明的一种施工现场人员定位系统的使用方法,采用多级锚点机制,在确定定 位标签位置时,首先通过比较主锚节点与定位标签之间的距离,确认定位标签的大致区域, 然后在一个有限的区域内,通过从锚节点确定定位标签的坐标,逐步缩小了定位区域的范 围,减少了定位过程中障碍物对定位的干扰,实现了在施工现场对人员的精确定位。
[0036]另外,由于本发明采用多级锚点机制,因此,大大减少了锚节点的部署数量,减少 了成本投入。
[0037]进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,所述主锚节点为 RFID定位基站,所述从锚节点为而B定位基站,所述主标签为RFID标签,所述从标签为UWB标 签;
[0038] 第二步中,主锚节点与定位标签之间的距离的测定方法为RSSI算法;
[0039] 第三步中,从锚节点与定位标签之间的距离的测定方法为双向飞行时间法。
[0040] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,还包括第四步:重 复第二步至第三步,测得定位标签的运动轨迹。
[0041] 进一步的,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,第二步中,当各个 主锚节点与定位标签的主标签无法建立通讯时,重复第二步;第三步中,当各个从锚节点与 定位标签的从标签无法建立通讯时,重复第三步。
附图说明
[0042] 图1是本发明的一种施工现场人员定位系统的结构原理图;
[0043]图2是本发明的一种施工现场人员定位系统的主锚节点与从锚节点的布置图; [0044]图3是本发明的一种施工现场人员定位系统的定位标签的示意图;
[0045] 图4是本发明的一种施工现场人员定位系统的使用方法的流程图。
具体实施方式
[0046] 以下结合附图和具体实施例对本发明的作进一步详细说明。根据下面说明和权利 要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用 非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0047] 实施例1:
[0048] 参考图1至图4,本实施例提供一种施工现场人员定位系统,包括分布在施工现场 的若干主锚节点1、分布在各个主锚节点1周围的若干从锚节点2、定位标签3、数据网关4、以 及服务器5;
[0049] 定位标签3包括与主锚节点1通讯的主标签31、与从锚节点2通讯的从标签32,以及 为主标签31和从标签32供电的电池33;
[0050] 各个主锚节点1分别与分布在其周围的若干从锚节点2连接;
[0051] 主锚节点1与数据网关4连接;
[0052] 数据网关4与服务器5连接。
[0053] 本实施例的一种施工现场人员定位系统使用时,首先将施工现场划分成若干区 域,在各个区域内分别布置主锚节点1,并在各个主锚节点1周围布置从锚节点2;
[0054] 然后,各个主锚节点1与定位标签3的主标签31建立通讯,测得各个主锚节点1与定 位标签3之间的距离,测得的数据通过数据网关4上传至服务器5,服务器5对上传的数据进 行分析,取主锚节点1与定位标签3之间距离最短的主锚节点1所在区域作为定位标签3的所 在区域;
[0055]最后,定位标签3所在区域的各个从锚节点2与定位标签3的从标签32建立通讯,测 得定位标签3的坐标,测得的数据通过数据网关4上传至服务器5,服务器5对上传的数据进 行分析,确定定位标签3的精确位置。
[0056] 本实施例的一种施工现场人员定位系统,采用多级锚点机制,在确定定位标签3位 置时,首先通过比较主锚节点1与定位标签3之间的距离,确认定位标签3的大致区域,然后 在一个有限的区域内,通过从锚节点2确定定位标签3的坐标,逐步缩小了定位区域的范围, 减少了定位过程中障碍物对定位的干扰,实现了在施工现场对人员的精确定位。
[0057]另外,由于本实施例采用多级锚点机制,因此,大大减少了锚节点的部署数量,减 少了成本投入。 W058]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述主锚节点1为 RFID定位基站,所述从锚节点2为UWB定位基站,所述主标签31为RFID标签,所述从标签32为 UWB标签。
[0059] RFID定位基站与RFID标签通讯时,采用RSSI算法(Received Signal Strength Indication)实现人员的初步定位。
[0060] RSSI算法己知信源节点发射无线信号的信号强度值,利用理论或经验的无线信号 传播模型计算无线信号在传播过程中的损耗,将无线信号的损耗转化为未知节点和信源节 点间的距离。
[0061] RSSI算法测距技术的统计模型公式如下:
[0062] P (d) =P〇-10n (lg d-lg dO)
[0063] 其中P(d)代表距离d处的信号强度;
[0064] P0是在参考距离dO处测得的信号强度值,一般dO取1米;
[0065] n为路径损耗因子,为常数,根据信号传播的介质,取值范围一般在2到4之间。通过 以上公式即可得出距离d。
[0066] UWB定位基站与UWB标签通讯时,采用双向飞行时间法。UWB定位基站在T1时刻向 UWB标签发射的请求脉冲信号,UWB标签收到请求脉冲信号后向UWB定位基站发射反馈脉冲 信号,UWB定位基站收到反馈脉冲信号的时刻为T2,此时,UTO定位基站与UWB标签之间的距 离为(T2-T1)/2*C,其中C为光速。再结合三边测量法,即可得出定位标签3的具体坐标。
[0067]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统中,为了能够精确定位 定位标签3,所述主锚节点1周围设置四个从锚节点2。其中三个从锚节点2用于对定位标签3 实现精确定位,另外的一个从锚节点2用于对定位标签3位置的校验,确保定位的准确性。 [0068]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述定位标签3还 包括信息存储卡,信息存储卡与主锚节点1和从锚节点2相互通讯。信息存储卡存储携带人 员的特征信息,便于服务器5识别。
[0069]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统中,所述定位标签3由 人员携带。所述定位标签3可以固定在施工人员的安全帽上。
[0070] 实施例2:
[0071]参考图1至图4,本实施例提供实施例1所述的施工现场人员定位系统的使用方法。 [0072]本实施例的一种施工现场人员定位系统的使用方法的技术方案如下,包括如下步 骤:
[0073] 第一步,将施工现场划分成若干区域,在各个区域内分别布置主锚节点1,并在各 个主锚节点1周围布置从锚节点2;
[0074] 第二步,各个主锚节点1与定位标签3的主标签31建立通讯,测得各个主锚节点丄与 定位标签3之间的距离,并将数据发送至数据网关4,数据再通过数据网关4上传至服务器5, 服务器5对上传的数据进行分析,取主锚节点1与定位标签3之间距离最短的主锚节点1所在 区域作为定位标签3的所在区域;
[0075]第三步,定位标签3所在区域的各个从锚节点2与定位标签3的从标签32建立通讯, 测得定位标签3的坐标,并将数据发送至主锚节点1,主锚节点1再将数据发送至数据网关4, 数据再通过数据网关4上传至服务器5,服务器5对上传的数据进行分析,确定定位标签3的 精确位置。
[0076]本实施例的一种施工现场人员定位系统的使用方法,采用多级锚点机制,在确定 定位标签3位置时,首先通过比较主锚节点1与定位标签3之间的距离,确认定位标签3的大 致区域,然后在一个有限的区域内,通过从锚节点2确定定位标签3的坐标,逐步缩小了定位 区域的范围,减少了定位过程中障碍物对定位的千扰,实现了在施工现场对人员的精确定 位。
[0077] 另外,由于本发明采用多级锚点机制,因此,大大减少了锚节点的部署数量,减少 了成本投入。
[0078] 作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,所述主 锚节点1为RFID定位基站,所述从锚节点2为UWB定位基站,所述主标签31为RFID标签,所述 从标签32为UWB标签;
[0079] 第二步中,主锚节点1与定位标签3之间的距离的测定方法为RSSI算法;
[OOSO]第三步中,从锚节点2与定位标签3之间的距离的测定方法为双向飞行时间法。 [0081]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,还包括 第四步:重复第二步至第三步,测得定位标签3的运动轨迹。
[0082]作为较佳的实施方式,具体的,所述施工现场人员定位系统的使用方法中,第二步 中,当各个主锚节点1与定位标签3的主标签31无法建立通讯时,重复第二步;第三步中,当 各个从锚节点2与定位标签3的从标签32无法建立通讯时,重复第三步。
[0083]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发 明领域的普通技术人员根据上述掲示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护 范围。

Claims (8)

1. 一种施工现场人员定位系统,其特征在于,包括分布在施工现场的若干主锚节点、分 布在各个主锚节点周围的若干从锚节点、定位标签、数据网关、以及服务器; 定位标签包括与主锚节点通讯的主标签、与从锚节点通讯的从标签,以及为主标签和 从标签供电的电池; 各个主锚节点分别与分布在其周围的若千从锚节点连接; 主锚节点与数据网关连接; 数据网关与服务器连接。
2. 如权利要求1所述的施工现场人员定位系统,其特征在于,所述主锚节点为RFID定位 基站,所述从锚节点为UWB定位基站,所述主标签为RFID标签,所述从标签为UWB标签。
3. 如权利要求1所述的施工现场人员定位系统,其特征在于,所述主锚节点周围设置四 个从锚节点。
4. 如权利要求1所述的施工现场人员定位系统,其特征在于,所述定位标签由人员携 带。
5.—种如权利要求1至4中任意一项施工现场人员定位系统的使用方法,其特征在于, 包括如下步骤: 第一步,将施工现场划分成若干区域,在各个区域内分别布置主锚节点,并在各个主锚 节点周围布置从锚节点; 第二步,各个主锚节点与定位标签的主标签建立通讯,测得各个主锚节点与定位标签 之间的距离,并将数据发送至数据网关,数据再通过数据网关上传至服务器,服务器对上传 的数据进行分析,取主锚节点与定位标签之间距离最短的主锚节点所在区域作为定位标签 的所在区域; 第三步,定位标签所在区域的各个从锚节点与定位标签的从标签建立通讯,测得定位 标签的坐标,并将数据发送至主锚节点,主锚节点再将数据发送至数据网关,数据再通过数 据网关上传至服务器,服务器对上传的数据进行分析,确定定位标签的精确位置。
6.如权利要求5所述的施工现场人员定位系统的使用方法,其特征在于,所述主锚节点 为RFID定位基站,所述从锚节点为UWB定位基站,所述主标签为RFID标签,所述从标签为而B 标签; 第二步中,主锚节点与定位标签之间的距离的测定方法为RSSI算法; 第三步中,从锚节点与定位标签之间的距离的测定方法为双向飞行时间法。
7.如权利要求5所述的施工现场人员定位系统的使用方法,其特征在于,还包括第四 步:重复第二步至第三步,测得定位标签的运动轨迹。
8.如权利要求5所述的施工现场人员定位系统的使用方法,其特征在于,第二步中,当 各个主锚节点与定位标签的主标签无法建立通讯时,重复第二步;第三步中,当各个从锚节 点与定位标签的从标签无法建立通讯时,重复第三步。
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