CN108896958B - 一种基于电厂安全管理的定位系统及方法 - Google Patents

一种基于电厂安全管理的定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电厂安全管理的定位系统及方法，所述系统包括位置已知的固定定位信标、移动定位信标、佩戴定位装置的待定位目标和智能后台终端；固定定位信标按一定距离等间隔地部署在电厂内，用于接收定位信号；移动定位信标按照设定路线进行移动，起到巡查和接收定位信号的作用；工作人员、现场施工设备和车辆作为待定位目标，都佩戴有定位装置，定位装置实时发射携带自身位置信息的定位信号，固定定位信标、移动定位信标接收定位信号对待定位目标进行定位，当待定位目标靠近危险区域时，待定位目标的定位装置发射信号到智能后台终端，向现场监管人员发出警报。基于所述系统能够精确定位现场工作人员及其他目标位置，有效提升电厂安全。

Description

一种基于电厂安全管理的定位系统及方法
技术领域
本发明涉及电厂安全管理领域，具体涉及一种基于电厂安全管理的定位系统及方法。
背景技术
近年来，电力工程建设和电厂运行的安全生产形势有所好转，但由于电厂建筑结构和设备系统复杂，工作人员较多且流动性大，现场安全隐患呈现快速生成、多样化和动态发展趋势。传统的安全管理主要是依靠各级安全生产管理人员深入现场督查，对生产现场作业人员的行为监管，人为发现违章、纠正违章，存在监管效率不高、约束力不强和及时性、准确性、全面性不高等问题，因此需要采取先进的监控技术体系加以解决和完善。
针对电厂安全管理要求，必须落实“任何风险都可以控制，任何违章都可以预防，任何事故都可以避免”的安全管理理念。采用定位监控装置明确人员流向，确保人员在指定的路线和区域进行相关的操作，而不误入禁区和误操作，以达到提升安全管理的目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于电厂安全管理的定位系统，所述系统能随时定位跟踪现场工作人员及其他目标位置，让目标出现在他该出现的位置上，实现对现场工作人员、车辆、设备等的全方位管理，将现场安全监控由“被动”变为“主动”，有效提升电厂安全管理水平。
本发明的另一目的在于提供一种基于电厂安全管理的定位方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于电厂安全管理的定位系统，所述系统包括位置已知的固定定位信标、移动定位信标、佩戴定位装置的待定位目标和智能后台终端；所述位置已知的固定定位信标按一定距离等间隔地部署在电厂内，用于接收定位信号；所述移动定位信标按照设定路线进行移动，起到巡查和接收定位信号的作用；所述智能后台终端利用数字地图作为电厂全景可视化展示和管理平台，能够全景展示现场各类信息，包括工作人员、现场施工设备、车辆和危险区域；工作人员、现场施工设备和车辆作为待定位目标，都佩戴有定位装置，定位装置实时发射携带自身位置信息的定位信号，固定定位信标、移动定位信标接收定位信号对待定位目标进行定位，当待定位目标靠近危险区域时，待定位目标的定位装置发射信号到智能后台终端，向现场监管人员发出警报。
进一步地，所述移动定位信标为巡查机器人。
进一步地，所述定位装置为基于REID的信号发射装置。
进一步地，所述定位装置为头戴型的安全帽或佩戴型的工作证，能够佩戴在工作人员身上，也能够安装在现场施工设备和车辆上。
本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于电厂安全管理的定位方法，所述方法包括以下内容：
1)如果待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，首先利用移动定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSImove和两个固定定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSI1、RSSI2，分别计算待定位目标距离三个定位信标的距离值dmove、d1、d2，距离di的计算公式如下所示：
Figure GDA0003559862640000021
其中i＝move、1、2；RSSI(d0)表示参考距离d0时的信号强度值；xσ是均值为0的正态随机变量，表示系统误差因素，标准差的取值是4≤σ≤10；n为信号衰减因子，该值与环境相关，取值为2≤n≤5；
然后根据第一固定定位信标的坐标A(xa，ya)、移动定位信标的坐标B(xb，yb)、第二固定定位信标的坐标C(xC，yC)以及待定位目标分别距离三个定位信标的距离值d1、dmove、d2，计算出分别以三个定位信标为圆心，待定位目标距离三个定位信标的距离值为半径的三圆的交点坐标，其中，以第二固定定位信标为圆心，待定位目标距离第二固定定位信标距离值为半径的圆III与以移动定位信标为圆心，待定位目标距离移动定位信标距离值为半径的圆II在位于以第一固定定位信标为圆心，待定位目标距离第一固定定位信标距离值为半径的圆I内的交点D(xd，yd)的坐标计算方法为：
Figure GDA0003559862640000022
同理能够计算出圆I与圆III在位于圆II内的交点坐标E(xe，ye)；以及圆I与圆II在位于圆III内的交点坐标F(xf，yf)；
求出了三圆的交点坐标D(xd，yd)、E(xe，ye)、F(xf，yf)，将以三圆交点为顶点的三角形的质心M(xm，ym)作为待定位目标坐标的估计值，通过下式就能够求出待定位目标的坐标：
Figure GDA0003559862640000031
2)如果待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，首先定义移动定位信标的定位向量为N(T，xmove，RSSImove)，其中T为当前时间，xmove为当前移动定位信标的横坐标，RSSImove为当前移动定位信标读取的待定位目标的信号强度值，让移动定位信标沿着X轴方向移动，从移动定位信标初次读取到待定位目标的信号强度时，记录该定位向量，若当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值，则保留当前定位向量，移动定位信标继续向前移动，直到移动到最大信号强度处停止移动，否则，移动定位信标退回至前一时刻位置处，并保留前一时刻定位向量，停止移动；
在没有第三个定位信标提供定位参考时，则利用该固定定位信标产生的信号强度和距离值，以及移动定位信标的定位向量N进行计算待定位目标坐标，认为移动定位信标停止点的横坐标xmove即为待定位目标的横坐标，所以只需要再求出待定位目标的纵坐标即可；若固定定位信标A(xa，ya)所测得的待定位目标发出的信号强度为RSSI1，根据公式(1)能够求出待定位目标距离固定定位信标A(xa，ya)的距离值d1，根据当前移动定位信标读取的待定位目标的最大信号强度值能够求出待定位目标距离移动定位信标的距离值dmove，以固定定位信标A(xa，ya)为圆心，d1为半径的圆与直线x＝xmove相交于M1(xm1，ym1)，移动定位信标的坐标估计值为M2(xm2，ym2)，则待定位目标处于线段M1M2上，待定位目标坐标为M(xm，ym)：
Figure GDA0003559862640000032
其中移动定位信标的定位向量N(T，xmove，RSSImove)，xm＝xm1＝xm2＝xmove，
Figure GDA0003559862640000033
ym2＝dmove。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明提供的基于电厂安全管理的定位系统，相比于传统的只采用固定信标，且必须在三度信号覆盖范围内才能实现定位的系统，巧妙地提出由固定定位信标、移动定位信标和定位装置组成定位系统，并通过定位方法分别考虑了待测目标在两个固定定位信标和一个移动定位信标以及一个固定定位信标和一个移动定位信标的常见情况下，利用移动定位信标的可移动性，通过建立数学模型，实现对待测目标的定位，能精确定位现场工作人员及其他目标位置，让目标出现在应该出现的位置上，为电厂安全管理系统提供数据支持，有效提升电厂安全。
附图说明
图1为本发明实施例待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时的数学模型示意图。
图2为本发明实施例待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时的数学模型示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例提供了一种基于电厂安全管理的定位系统，所述系统包括位置已知的固定定位信标、移动定位信标、佩戴定位装置的待定位目标和智能后台终端；所述位置已知的固定定位信标按一定距离等间隔地部署在电厂内，用于接收定位信号；所述移动定位信标按照设定路线进行移动，起到巡查和接收定位信号的作用；所述智能后台终端利用数字地图作为电厂全景可视化展示和管理平台，能够全景展示现场各类信息，包括工作人员、现场施工设备、车辆和危险区域；工作人员、现场施工设备和车辆作为待定位目标，都佩戴有定位装置，定位装置实时发射携带自身位置信息的定位信号，固定定位信标、移动定位信标接收定位信号对待定位目标进行定位，当待定位目标靠近危险区域时，待定位目标的定位装置发射信号到智能后台终端，向现场监管人员发出警报。
其中，所述移动定位信标为巡查机器人；所述定位装置为基于REID的信号发射装置，为头戴型的安全帽或佩戴型的工作证，能够佩戴在工作人员身上，也能够安装在现场施工设备和车辆上。
实施例2：
本实施例提供了一种基于电厂安全管理的定位方法，所述方法包括以下内容：
1)如果待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，如图1所示，首先利用移动定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSImove和两个固定定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSI1、RSSI2，分别计算待定位目标距离三个定位信标的距离值dmove、d1、d2，距离di的计算公式如下所示：
Figure GDA0003559862640000041
其中i＝move、1、2；RSSI(d0)表示参考距离d0时的信号强度值；xσ是均值为0的正态随机变量，表示系统误差因素，标准差的取值是4≤σ≤10；n为信号衰减因子，该值与环境相关，取值为2≤n≤5；
然后根据第一固定定位信标的坐标A(xa，ya)、移动定位信标的坐标B(xb，yb)、第二固定定位信标的坐标C(xC，yC)以及待定位目标分别距离三个定位信标的距离值d1、dmove、d2，计算出分别以三个定位信标为圆心，待定位目标距离三个定位信标的距离值为半径的三圆的交点坐标，其中，以第二固定定位信标为圆心，待定位目标距离第二固定定位信标距离值为半径的圆III与以移动定位信标为圆心，待定位目标距离移动定位信标距离值为半径的圆II在位于以第一固定定位信标为圆心，待定位目标距离第一固定定位信标距离值为半径的圆I内的交点D(xd，yd)的坐标计算方法为：
Figure GDA0003559862640000051
同理能够计算出圆I与圆III在位于圆II内的交点坐标E(xe，ye)；以及圆I与圆II在位于圆III内的交点坐标F(xf，yf)；
求出了三圆的交点坐标D(xd，yd)、E(xe，ye)、F(xf，yf)，将以三圆交点为顶点的三角形的质心M(xm，ym)作为待定位目标坐标的估计值，通过下式就能够求出待定位目标的坐标：
Figure GDA0003559862640000052
2)如果待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，如图2所示，首先定义移动定位信标的定位向量为N(T，xmove，RSSImove)，其中T为当前时间，xmove为当前移动定位信标的横坐标，RSSImove为当前移动定位信标读取的待定位目标的信号强度值，让移动定位信标沿着X轴方向移动，从移动定位信标初次读取到待定位目标的信号强度时，记录该定位向量，若当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值，则保留当前定位向量，移动定位信标继续向前移动，直到移动到最大信号强度处停止移动，否则，移动定位信标退回至前一时刻位置处，并保留前一时刻定位向量，停止移动；
在没有第三个定位信标提供定位参考时，则利用该固定定位信标产生的信号强度和距离值，以及移动定位信标的定位向量N进行计算待定位目标坐标，认为移动定位信标停止点的横坐标xmove即为待定位目标的横坐标，所以只需要再求出待定位目标的纵坐标即可；若固定定位信标A(xa，ya)所测得的待定位目标发出的信号强度为RSSI1，根据公式(1)能够求出待定位目标距离固定定位信标A(xa，ya)的距离值d1，根据当前移动定位信标读取的待定位目标的最大信号强度值能够求出待定位目标距离移动定位信标的距离值dmove，以固定定位信标A(xa，ya)为圆心，d1为半径的圆与直线x＝xmove相交于M1(xm1，ym1)，移动定位信标的坐标估计值为M2(xm2，ym2)，则待定位目标处于线段M1M2上，待定位目标坐标为M(xmt，ym)：
Figure GDA0003559862640000061
其中移动定位信标的定位向量N(T，xmove，RSSImove)，xm＝xm1＝xm2＝xmove，
Figure GDA0003559862640000062
ym2＝dmove。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于电厂安全管理的定位系统，其特征在于：所述系统包括位置已知的固定定位信标、移动定位信标、佩戴定位装置的待定位目标和智能后台终端；所述位置已知的固定定位信标按一定距离等间隔地部署在电厂内，用于接收定位信号；所述移动定位信标按照设定路线进行移动，起到巡查和接收定位信号的作用；所述智能后台终端利用数字地图作为电厂全景可视化展示和管理平台，能够全景展示现场各类信息，包括工作人员、现场施工设备、车辆和危险区域；工作人员、现场施工设备和车辆作为待定位目标，都佩戴有定位装置，定位装置实时发射携带自身位置信息的定位信号，固定定位信标、移动定位信标接收定位信号对待定位目标进行定位，待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到，或待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到，对待定位目标进行定位，当待定位目标靠近危险区域时，待定位目标的定位装置发射信号到智能后台终端，向现场监管人员发出警报；
所述固定定位信标、移动定位信标接收定位信号对待定位目标进行定位，待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，利用移动定位信标读取到的待定位目标的信号强度值和两个固定定位信标读取到的待定位目标的信号强度值，分别计算待定位目标距离三个定位信标的距离值；
然后根据第一固定定位信标的坐标、移动定位信标的坐标、第二固定定位信标的坐标以及待定位目标分别距离三个定位信标的距离值，计算出分别以三个定位信标为圆心，待定位目标距离三个定位信标的距离值为半径的三圆的交点坐标；
如果待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，首先定义移动定位信标的定位向量为N(T，xmoveRSSI(dmove))，其中T为当前时间，xmove为当前移动定位信标的横坐标，RSSI(dmove)为当前移动定位信标读取的待定位目标的信号强度值，让移动定位信标沿着X轴方向移动，从移动定位信标初次读取到待定位目标的信号强度时，记录该定位向量，若当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值，则保留当前定位向量，移动定位信标继续向前移动，直到移动到最大信号强度处停止移动，在不满足当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值时，移动定位信标退回至前一时刻位置处，并保留前一时刻定位向量，停止移动；
在没有第三个定位信标提供定位参考时，则利用该固定定位信标产生的信号强度和距离值，以及移动定位信标的定位向量N进行计算待定位目标坐标，认为移动定位信标停止点的横坐标xmove即为待定位目标的横坐标xm，若固定定位信标A(xa，ya)所测得的待定位目标发出的信号强度为RSSI(d1)，根据信号强度RSSI(d1)求出待定位目标距离固定定位信标A(xa，ya)的距离值d1，根据当前移动定位信标读取的待定位目标的最大信号强度值能够求出待定位目标距离移动定位信标的距离值dmove，以固定定位信标A(xa，ya)为圆心，d1为半径的圆与直线x＝xmove相交于M1(xm1，ym1)，确定一个参考点M2(xm2，ym2)，则待定位目标处于线段M1M2上；其中，xm＝xm1＝xm2＝xmove，
Figure FDA0003571900530000021
ym2＝dmove。
2.根据权利要求1所述的基于电厂安全管理的定位系统，其特征在于：所述移动定位信标为巡查机器人。
3.根据权利要求1所述的基于电厂安全管理的定位系统，其特征在于：所述定位装置为基于RFID的信号发射装置。
4.根据权利要求3所述的基于电厂安全管理的定位系统，其特征在于：所述定位装置为头戴型的安全帽或佩戴型的工作证，能够佩戴在工作人员身上，也能够安装在现场施工设备和车辆上。
5.一种基于电厂安全管理的定位方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：
1)如果待定位目标发射的定位信号被两个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，首先利用移动定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSI(dmove)和两个固定定位信标读取到的待定位目标的信号强度值RSSI(d1)、RSSI(d2)，分别计算待定位目标距离三个定位信标的距离值dmove、d1、d2，距离di的计算公式如下所示：
Figure FDA0003571900530000022
其中i＝move、1、2；RSSI(d0)表示参考距离d0时的信号强度值；xσ是均值为0的正态随机变量，表示系统误差因素，标准差的取值是4≤σ≤10；n为信号衰减因子，该值与环境相关，取值为2≤n≤5；
然后根据第一固定定位信标的坐标A(xa，ya)、移动定位信标的坐标B(xb，yb)、第二固定定位信标的坐标C(xC，yC)以及待定位目标分别距离三个定位信标的距离值d1、dmove、d2，计算出分别以三个定位信标为圆心，待定位目标距离三个定位信标的距离值为半径的三圆的交点坐标，其中，以第二固定定位信标为圆心，待定位目标距离第二固定定位信标距离值为半径的圆III与以移动定位信标为圆心，待定位目标距离移动定位信标距离值为半径的圆II在位于以第一固定定位信标为圆心，待定位目标距离第一固定定位信标距离值为半径的圆I内的交点D(xd，yd)的坐标计算方法为：
Figure FDA0003571900530000023
同理能够计算出圆I与圆III在位于圆II内的交点坐标E(xe，ye)；以及圆I与圆II在位于圆III内的交点坐标F(xf，yf)；
求出了三圆的交点坐标D(xd，yd)、E(xe，ye)、F(xf，yf)，将以三圆交点为顶点的三角形的质心M(xm，ym)作为待定位目标坐标的估计值；
2)如果待定位目标发射的定位信号仅被一个固定定位信标和一个移动定位信标接收到时，首先定义移动定位信标的定位向量为N(T，xmoveRSSI(dmove))，其中T为当前时间，xmove为当前移动定位信标的横坐标，RSSI(dmove)为当前移动定位信标读取的待定位目标的信号强度值，让移动定位信标沿着X轴方向移动，从移动定位信标初次读取到待定位目标的信号强度时，记录该定位向量，若当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值，则保留当前定位向量，移动定位信标继续向前移动，直到移动到最大信号强度处停止移动，在不满足当前时刻信号强度值大于前一时刻信号强度值时，移动定位信标退回至前一时刻位置处，并保留前一时刻定位向量，停止移动；
在没有第三个定位信标提供定位参考时，则利用该固定定位信标产生的信号强度和距离值，以及移动定位信标的定位向量N进行计算待定位目标坐标，认为移动定位信标停止点的横坐标xmove即为待定位目标的横坐标xm，若固定定位信标A(xa，ya)所测得的待定位目标发出的信号强度为RSSI(d1)，根据距离di的计算公式能够求出待定位目标距离固定定位信标A(xa，ya)的距离值d1，根据当前移动定位信标读取的待定位目标的最大信号强度值能够求出待定位目标距离移动定位信标的距离值dmove，以固定定位信标A(xa，ya)为圆心，d1为半径的圆与直线x＝xmove相交于M1(xm1，ym1)，确定一个参考点M2(xm2，ym2)，则待定位目标处于线段M1M2上；其中，xm＝xm1＝xm2＝xmove，
Figure FDA0003571900530000031
ym2＝dmove。
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