CN108802677B - 基于rfid的变电站工程验收智能辅助设备定位方法 - Google Patents

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    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

Abstract

本发明涉及一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法。通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，而后，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别变电站设备的设备信息，最后，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，进行变电站设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，从而实现变电站工程的三维数字化验收。本发明解决了现有变电站工程验收环节采用人工巡检费时费力、效率低下的问题，节省了大量人力的同时还提高了结果检测的可靠性，且有效解决了室内工程验收时无法使用GPS卫星定位或定位不准的问题。

Description

基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法。
背景技术
近年来，变电站的建设速度大大提升，建设周期进一步缩短，变电站工程验收任务面临着更快速度、更高要求等多方面提升压力，形势严峻。传统验收方式采用人工一一对照的方式，耗时耗力，且容易遗漏。变电站工程智能验收方法作为一种新兴的验收方法，将大大提高工程验收的效率。因此，变电站智能验收方法的研究和系统开发刻不容缓。为了实现变电站智能验收，首先需要针对变电站内错综复杂的环境，提出一种变电站设备的智能辅助识别方法。
本发明提出一种基于无线定位和RFID射频技术的变电站工程设备智能辅助识别方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，通过手持智能终端能够智能识别此时面对设备信息，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM信息，方便工程验收人员快速进行实际施工状况与设计方案的对比校验，实现变电站工程的三维数字化验收。解决了现有变电站工程验收环节采用人工巡检费时费力、效率低下的问题，节省了大量人力的同时还提高了结果检测的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别面对的设备信息，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM信息，方便工程验收人员快速进行设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，实现变电站工程的三维数字化验收。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，而后，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别变电站设备的设备信息，最后，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，进行变电站设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，从而实现变电站工程的三维数字化验收。
在本发明一实施例中，变电站设备摆放位置的校验方式如下：
(1)通过基于RSSI三维空间四点定位算法，对手持智能终端所处的水平位置进行定位；
(2)基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
(3)根据步骤(1)所得的手持智能终端所处的水平位置信息以及步骤(2)所得的手持智能终端摄像头的朝向信息，结合变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，配合变电站设备的设备信息，智能实现手持智能终端所需识别的变电站设备的智能识别。
在本发明一实施例中，所述变电站设备的设备信息包括变电站设备所处室内建筑的房间和楼层信息，从而能够实现变电站内多层室内建筑的设备定位功能。
在本发明一实施例中，该方法具体实现过程如下：
步骤S1、将变电站工程设计过程移交的三维数字化模型或BIM模型信息导入手持智能终端；
步骤S2、对所有变电站设备进行定位设置，在手持智能终端内生成变电站工程设计方案地理信息图；
步骤S3、将写有设备属性、房间和楼层信息的RFID电子标签固定在变电站设备上；
步骤S4、变电站工程范围内根据精度需要配置预定数量的WIFI信号发射器，此处设WIFI信号发射器数量为4，基于RSSI三维空间四点定位算法原理，对手持智能终端所处的水平位置进行定位，定位方法如下：
设Di＝(xi,yi,zi)为WIFI信号发射器的坐标，则需定位的点与各WIFI信号发射器的距离di
Figure BDA0001720085680000021
式中：RSSI为需定位的点，即手持智能终端的WIFI信号接收模块接收到的信号强度；p0为参考点的信号强度；n为衰减指数；
而后，根据三角关系得到需定位的点的高度：
Figure BDA0001720085680000022
Figure BDA0001720085680000023
应用三角质心法求解下述方程即可得到需要定位的点在平面上的坐标
Figure BDA0001720085680000031
若三角质心法求解过程中由于误差得到三圆无法两两相交的情况，则忽略虚数解，仅以实数解作为定位结果；
根据精度需要，对于不同数量的WIFI信号发射器，可采用相类似的方式来实现需要定位的点在平面上的坐标的计算；
步骤S5、基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
步骤S6、基于手持智能终端的水平位置信息和手持智能终端的朝向信息，结合朝向范围内变电站设备的RFID电子标签上带有的设备信息，识别出变电站设备。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种基于无线定位和RFID射频技术的变电站工程设备智能辅助识别方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别面对的设备信息，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM信息，方便工程验收人员快速进行设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，实现变电站工程的三维数字化验收；本发明同时具备如下几方面效益：
1、解决了现有变电站工程验收环节采用人工巡检费时费力、效率低下的问题，节省了大量人力的同时还提高了结果检测的可靠性；
2、变电站设备上所配置的RFID电子标签除了可应用于工程验收阶段外，在工程验收完成后仍可在变电站运维阶段，根据需要实时写入设备的状态监测信息，用于变电站设备状态监测环节，提高了RFID的使用率；
3、基于RSSI三维空间四点定位算法的原理，对工程验收人员(智能终端设备)所处的空间位置进行定位，有效解决了室内工程验收时无法使用GPS卫星定位或定位不准的问题。
附图说明
图1为本发明方法系统及原理示意图。
图2为基于RSSI三维空间四点定位算法原理图。
图3为RFID原理图。
图4为RFID电子标签识别流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，而后，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别变电站设备的设备信息，最后，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，进行变电站设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，从而实现变电站工程的三维数字化验收。
变电站设备摆放位置的校验方式如下：
(1)通过基于RSSI三维空间四点定位算法，对手持智能终端所处的水平位置进行定位；
(2)基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
(3)根据步骤(1)所得的手持智能终端所处的水平位置信息以及步骤(2)所得的手持智能终端摄像头的朝向信息，结合变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，配合变电站设备的设备信息，智能实现手持智能终端所需识别的变电站设备的智能识别。所述变电站设备的设备信息包括变电站设备所处室内建筑的房间和楼层信息，从而能够实现变电站内多层室内建筑的设备定位功能。
本发明基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法具体实现过程如下：
步骤S1、将变电站工程设计过程移交的三维数字化模型或BIM模型信息导入手持智能终端；
步骤S2、对所有变电站设备进行定位设置，在手持智能终端内生成变电站工程设计方案地理信息图；
步骤S3、将写有设备属性、房间和楼层信息的RFID电子标签固定在变电站设备上；
步骤S4、变电站工程范围内根据精度需要配置预定数量的WIFI信号发射器，此处设WIFI信号发射器数量为4，基于RSSI三维空间四点定位算法原理，对手持智能终端所处的水平位置进行定位，定位方法如下：
设Di＝(xi,yi,zi)为WIFI信号发射器的坐标，则需定位的点与各WIFI信号发射器的距离di
Figure BDA0001720085680000041
式中：RSSI为需定位的点，即手持智能终端的WIFI信号接收模块接收到的信号强度；p0为参考点的信号强度；n为衰减指数；
而后，根据三角关系得到需定位的点的高度：
Figure BDA0001720085680000051
Figure BDA0001720085680000052
应用三角质心法求解下述方程即可得到需要定位的点在平面上的坐标
Figure BDA0001720085680000053
若三角质心法求解过程中由于误差得到三圆无法两两相交的情况，则忽略虚数解，仅以实数解作为定位结果；
根据精度需要，对于不同数量的WIFI信号发射器，可采用相类似的方式来实现需要定位的点在平面上的坐标的计算；
步骤S5、基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
步骤S6、基于手持智能终端的水平位置信息和手持智能终端的朝向信息，结合朝向范围内变电站设备的RFID电子标签上带有的设备信息，识别出变电站设备。
以下为本发明的具体实现过程。
如图1所示，综合现有的技术方案并对其归纳分析，本发明提出一种基于无线定位和RFID射频技术的变电站工程设备智能辅助识别方法，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，通过手持智能终端能够智能识别此时面对设备信息，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM信息，方便工程验收人员快速进行设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，实现变电站工程的三维数字化验收。
具体步骤如下：
1)将变电站工程三维设计方案(三维数字化模型或BIM模型)导入智能终端；
2)对全站各类设备进行定位设置，在智能终端内生成变电站工程设计方案地理信息图；
3)将写有设备属性、房间和楼层等信息的RFID电子标签固定在设备本体上；
4)在变电站工程范围内根据精度需要配置一定数量无线路由器，基于RSSI三维空间四点定位算法原理，对工程验收人员(智能终端设备)所处的水平位置进行定位，具体定位方法如下：
Di＝(xi,yi,zi)为WIFI信号发射器的坐标，图2中间的点为需要定位的点(WIFI信号接收模块)。
Figure BDA0001720085680000061
式中：RSSI为需定位的点，即手持智能终端的WIFI信号接收模块接收到的信号强度；p0为参考点的信号强度；n为衰减指数；
由图2可推导得到需要定位的点的高度：
Figure BDA0001720085680000062
Figure BDA0001720085680000063
应用三角质心法求解下述方程即可得到需要定位的点在平面上的坐标
Figure BDA0001720085680000064
若三角质心法求解过程中由于误差得到三圆无法两两相交的情况，则忽略虚数解，仅以实数解作为定位结果。
5)基于智能终端设备内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪等，辅助计算得到工程验收人员(智能终端设备)摄像头的朝向；
6)基于工程验收人员(智能终端设备)的水平位置信息和工程验收人员(智能终端设备摄像头)的朝向信息，结合朝向范围内设备的RFID电子标签上带有的设备属性等信息，识别出设备。
图3为RFID原理图。图4为RFID电子标签识别流程图。
需要说明的是，本算例分析仅作为本发明提出方法的例证及实际应用效果展示，本发明所提出的方法的应用范围不受算例限制和约束。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，针对本发明所做的各种变化及其在不同的实施方法上的应用，皆不脱离本发明的保护范围。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，其特征在于，通过RFID电子标签对变电站设备进行定义，而后，通过手持智能终端，结合图像识别和处理算法，智能识别变电站设备的设备信息，最后，基于变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，进行变电站设备摆放位置的校验，比对设备信息是否准确，从而实现变电站工程的三维数字化验收；
该方法具体实现过程如下：
步骤S1、将变电站工程设计过程移交的三维数字化模型或BIM模型信息导入手持智能终端；
步骤S2、对所有变电站设备进行定位设置，在手持智能终端内生成变电站工程设计方案地理信息图；
步骤S3、将写有设备属性、房间和楼层信息的RFID电子标签固定在变电站设备上；
步骤S4、变电站工程范围内根据精度需要配置预定数量的WIFI信号发射器，此处设WIFI信号发射器数量为4，基于RSSI三维空间四点定位算法原理，对手持智能终端所处的水平位置进行定位，定位方法如下：
设Di＝(xi,yi,zi)为WIFI信号发射器的坐标，则需定位的点与各WIFI信号发射器的距离di
Figure FDA0003628707920000011
式中：RSSI为需定位的点，即手持智能终端的WIFI信号接收模块接收到的信号强度；p0为参考点的信号强度；n为衰减指数；
而后，根据三角关系得到需定位的点的高度：
Figure FDA0003628707920000012
Figure FDA0003628707920000013
其中，d为Z轴方向上的WIFI信号发射器D4与位于原点的WIFI信号发射器D1之间的距离；
应用三角质心法求解下述方程即可得到需要定位的点在平面上的坐标(x，y)
Figure FDA0003628707920000021
若三角质心法求解过程中由于误差得到三圆无法两两相交的情况，则忽略虚数解，仅以实数解作为定位结果；
根据精度需要，使用不同数量的WIFI信号发射器，来实现需要定位的点在平面上的坐标的计算；
步骤S5、基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
步骤S6、基于手持智能终端的水平位置信息和手持智能终端的朝向信息，结合朝向范围内变电站设备的RFID电子标签上带有的设备信息，识别出变电站设备。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，其特征在于，变电站设备摆放位置的校验方式如下：
(1)通过基于RSSI三维空间四点定位算法，对手持智能终端所处的水平位置进行定位；
(2)基于手持智能终端内置的重力传感器、加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪，辅助计算得到手持智能终端摄像头的朝向；
(3)根据步骤(1)所得的手持智能终端所处的水平位置信息以及步骤(2)所得的手持智能终端摄像头的朝向信息，结合变电工程设计过程移交的设备三维数字化模型及BIM模型信息，配合变电站设备的设备信息，智能实现手持智能终端所需识别的变电站设备的智能识别。
3.根据权利要求2所述的基于RFID的变电站工程验收智能辅助设备定位方法，其特征在于，所述变电站设备的设备信息包括变电站设备所处室内建筑的房间和楼层信息，从而能够实现变电站内多层室内建筑的设备定位功能。
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