CN109587630A - 一种建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法，属于通信定位技术领域。该定位终端包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；所述显示单元，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。本发明有效解决了现有技术中对建筑工地人员进行定位存在因建筑工地环境复杂导致技术复杂，造价较高，且难以保证信号质量的问题。

Description

一种建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法

技术领域

本发明涉及通信定位技术领域，尤其涉及一种基于LoRa/UWB/气压传感器的建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法。

背景技术

建筑工地是一个容易引发安全事故的场所。在施工过程中，建筑工地中的建筑和堆场材料不断发生变化，视频监控无法做到全方位覆盖，监控死角多，且容易受到恶劣天气影响。如何采用先进的技术手段，对进入施工现场的人员实施有效管理，成为一个迫切需要解决的问题。

如果建筑工人在施工的时候，能够随身携带定位设备，无论是建筑物内外的环境下，都能够确定自身位置；监控中心的指挥员，也能实时观测建筑工人的位置，及时的根据现场情况作出更为恰当的指挥调度。实现建筑工地的人员定位不仅能够加快施工进度，也可以更好的保障建筑工人自身的安全。目前市场上主要基于有源RFID、Zigbee及WiFi等技术进行建筑工地人员定位，但这些技术复杂，造价较高，不能较好地应用于实际应用过程。

随着定位技术的蓬勃发展，如何准确和快速实现建筑工地人员定位从而建立与指挥平台之间的连接是目前建筑工地人员定位面对的主要技术问题。现有技术实现了一系列基于GNSS技术的人员定位方法，通过带有GPS定位手机与号码在服务器进行记录，并采用服务器实时接收手机GPS定位信息的方式来对建筑工程人员进行定位。但是GNSS定位需要空间能够接受GNSS卫星信号，建筑工地环境复杂，难以保证信号质量，建筑物室内信号很弱，仍存在不足之处。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法，用以解决现有技术中对建筑工地人员进行定位存在因建筑工地环境复杂导致技术复杂，造价较高，且难以保证信号质量的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种建筑工地组网通信的定位终端，包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；所述显示单元，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。

进一步，所述数据通信单元包括和外部监控中心或网关进行数据传输的LoRa标签；所述UWB定位单元包括用于UWB组网定位的UWB标签；所述定位信息采集单元包括用于采集气压数据的气压传感器；所述显示单元包括用于定位信息显示及和所述外部监控中心进行命令交互的图形显示窗口。

进一步，所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位；所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；所述定位信息采集单元根据采集的气压数据进行高度定位。

进一步，所述单片机控制器对所述距离定位和所述高度定位进行数据运算得到定位数据，并控制所述LoRa标签将所述定位数据传输给网关或外部监控中心。

进一步，所述外部监控中心包括用于定位信息显示及进行命令交互的图形显示界面和数据运算模块；所述外部监控中心接收经由网关转发的所述定位数据后，经过数据运算模块处理后得到佩戴所述定位终端的建筑工地人员在自定义坐标系下的坐标位置。

进一步，所述自定义坐标系为所述外部监控中心以自身为坐标原点建立的自定义三维坐标系。

进一步，基于所述终端的定位方法，包括以下步骤：

步骤一：外部监控中心以自身为坐标原点建立自定义三维坐标系，并通过所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位；

步骤二：外部监控中心接收网关转发的以下数据：终端通过所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包以及根据所述整合数据包计算得到的定位数据；

步骤三：外部监控中心将接收到的所述整合数据包和所述定位数据经过数据运算模块处理后得到终端在步骤一中定义的坐标系下的坐标位置，并将信息结果显示在外部监控中心的图形显示界面；

步骤四：外部监控中心根据步骤三处理多个终端的坐标位置信息得到建筑工地人员的分布网络，使得建筑工地指挥员根据人员分布进行调度决策并通过数据处理软件的下发命令功能发出指令，通过网关转发至建筑工地人员携带的终端。

进一步，所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位包括：所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位。

进一步，所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包包括UWB标签之间的距离和环境的高度；其中，所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；所述定位信息采集单元根据采集的气压数据得到环境的高度。

进一步，所述外部监控中心包括图形显示界面和数据运算模块；步骤三中所述整合数据包和所述定位数据的信息以及所述坐标位置的信息均显示在外部监控中心的图形显示界面。

本技术方案有益效果如下：本发明公开了一种建筑工地组网通信的定位终端，包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；所述显示单元，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。同时公开了基于上述终端的定位方法。本发明与现有技术相比有效解决了工地密集建筑群遮挡信号的问题，能够快速实现建筑工地环境下建筑工地的人员定位，提高定位精度的同时也保证了定位信号具有一定的穿透能力以及更大范围的区域内数据的有效传输，从而获得实时位置使得在建筑工地复杂环境下可以保障工人的人身安全。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的一种建筑工地组网通信的定位终端结构示意图；

图2为本发明实施例提供的建筑工地组网通信定位终端的结构组成示意图；

图3为本发明实施例提供的一种建筑工地组网通信的定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

缩略语和关键术语定义

LoRa：Long Range Radio，远距离无线电

UWB：Ultra Wideband，超宽带

ENU：East West UP，东北天-占星坐标系

本发明的技术构思：针对现有建筑工地定位技术因环境复杂导致难以保证信号质量，使得技术实现复杂且造价较高，不能较好地应用于实际的缺陷，提供一种建筑工地组网通信的定位终端和一种定位方法。

图1为本发明的一种建筑工地组网通信的定位终端结构示意图。

根据本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种建筑工地组网通信的定位终端100，包括数据通信单元101、UWB定位单元102、定位信息采集单元103、显示单元104以及相连的单片机控制器105；所述数据通信单元101，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元102，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元103，用于进行高度定位；所述显示单元104，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器105，用于进行数据运算及数据传输控制。

由图1所示可知，本发明实施例的一种建筑工地组网通信的定位终端，包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；所述显示单元，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。与现有技术相比，方案实现简单的同时使得信号质量能够保证定位的实时性和精确性，解决了对建筑工地内人员进行定位存在因建筑工地环境复杂导致技术复杂，造价较高，且难以保证信号质量的问题。

需要说明的是，定位终端由建筑工人随身携带，用以实现数据通信、精准定位功能，能够根据建筑工人的位置变动实现移动定位。

图2为本发明的建筑工地组网通信定位终端的结构组成示意图。

本发明的一个具体实施例，如图2所示，所述数据通信单元包括和外部监控中心或网关进行数据传输的LoRa标签；所述UWB定位单元包括用于UWB组网定位的UWB标签；所述定位信息采集单元包括用于采集气压数据的气压传感器；所述显示单元包括用于定位信息显示及和所述外部监控中心进行命令交互的图形显示窗口。也就是说，建筑工人移动定位终端结构单元的核心组成主要为LoRa标签、UWB标签、气压传感器及图形显示窗口，实现了LoRa、UWB、气压传感器的综合集成，能够快速实现建筑工地环境下建筑工地的人员定位。与现有技术相比，本发明实施例基于LoRa通信技术、UWB定位技术、气压传感器，有效解决了工地密集建筑群遮挡信号的问题，通过多传感器的数据融合提高了定位精度，也即，利用建筑工人移动定位终端双重传输的通信定位，使得建筑工人之间的相互关系更加清晰，一方面便于指挥调度，另一方面也保证了建筑工人的人身安全。

本发明的一个具体实施例，所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位；所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；所述定位信息采集单元根据采集的气压数据进行高度定位。也就是说，使用LoRa/UWB组合通信定位得到充分的数据，提高定位精度的同时也使定位信号具有一定的穿透能力，解决了现有技术GNSS卫星定位信号被建筑物遮挡的问题，更适合于建筑工地实际环境。

本发明的一个具体实施例，所述单片机控制器对所述距离定位和所述高度定位进行数据运算得到定位数据，并控制所述LoRa标签将所述定位数据传输给网关或外部监控中心。本实施例在提高定位精度的基础上能够实现交互式地播报建筑工人的实时位置，也就是，通过LoRa长距离、低功耗通信传输工人的相互位置关系，在建筑工地复杂环境下可以保障工人的人身安全。

需要说明的是，LoRa标签是数据通信的核心单元，主要是和外部监控中心、网关进行数据通信和信息传输；UWB标签是进行UWB定位的核心单元，主要进行UWB组网定位；气压传感器主要采集气压信息以进行高度定位，经单片机控制器处理后通过LoRa标签发送给网关或者外部监控中心；图形显示窗口主要是位置显示以及和外部监控中心进行命令交互；单片机控制器是终端系统的核心单元，主要进行数据运算、数据传输控制。

本发明的一个具体实施例，所述外部监控中心包括用于定位信息显示及进行命令交互的图形显示界面和数据运算模块；所述外部监控中心接收经由网关转发的所述定位数据后，经过数据运算模块处理后得到佩戴所述定位终端的建筑工地人员在自定义坐标系下的坐标位置。也就是说，快速实现建筑工地环境下建筑工人的人员定位，并实现交互式地播报建筑工人的实时位置。

需要说明的是，使用UWB组网技术实现信号传输，随着组网通信网络的延伸和覆盖至整个建筑工地，即使在更大范围的区域仍能保证数据的有效传输。

本发明的一个具体实施例，所述自定义坐标系为所述外部监控中心以自身为坐标原点建立的自定义三维坐标系。与现有技术相比，本发明实施例使得在多人定位实现以后绘制整个建筑工地内人员分布图，及时全面地评估建筑工地人员分配状况，为施工调度决策的制定提供依据。

图3为本发明的一种建筑工地组网通信的定位方法的流程图。

本发明的一个具体实施例，基于所述终端的定位方法包括以下步骤：

S301：外部监控中心以自身为坐标原点建立自定义三维坐标系，并通过所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位；

S302：外部监控中心接收网关转发的以下数据：终端通过所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包以及根据所述整合数据包计算得到的定位数据；

S303：外部监控中心将接收到的所述整合数据包和所述定位数据经过数据运算模块处理后得到终端在步骤一中定义的坐标系下的坐标位置，并将信息结果显示在外部监控中心的图形显示界面；

S304：外部监控中心根据步骤三处理多个终端的坐标位置信息得到建筑工地人员的分布网络，使得建筑工地指挥员根据人员分布进行调度决策并通过数据处理软件的下发命令功能发出指令，通过网关转发至建筑工地人员携带的终端。

与现有技术相比，本发明的定位方法准确和快速实现了建筑工地人员定位，从而建立与指挥平台之间的通信连接，并通过多传感器的数据融合提高了定位精度，有效解决了目前建筑工地人员定位存在的主要技术问题，尤其是工地密集建筑群遮挡信号的问题，也即，利用建筑工人移动定位终端双重传输的通信定位，使建筑工人之间的相互关系更加清晰，在便于指挥调度的同时也保证了建筑工人的安全。

需要说明的是，本发明定位方法的具体实现过程主要分为以下几步：

1、自定义坐标系建立

使用本终端首先要建立建筑工地ENU独立坐标系，可以在建筑工地视野开阔的地方搭建一个小房间作为外部监控中心，然后在房间内提前设置好坐标系，如在房间内布设三到四个UWB基站，其相关位置保持不变，在房间内设定好固定参数，完成坐标系建立；

坐标系建立后，此时通过UWB标签的定位得到初始化阶段的定位终端在UWB基站组网中的坐标位置。

2、数据传输通信网建立

通信传输通过LoRa模块实现，具体表现为建筑工人随着施工的进展移动定位终端的增加，多个移动定位终端组成基站网络，利用LoRa模块长距离、低功耗、出色抗干扰、超高灵敏度特性，使定位数据传输过程更为可靠，移动定位终端数据从LoRa模块经由网关传输至外部监控中心处理。

3、定位数据处理

通过LoRa/UWB/气压传感器对建筑工人组合通信定位，定位数据是建筑工人携带的移动定位终端收集和发送的数据，其数据主要包括：

UWB标签测得的与其他UWB标签之间的距离；

气压传感器测得的环境气压数据；

外部监控中心的计算机接收经由网关转发而来的定位数据后，经过数据处理软件解算得到建筑工人在所述自定义坐标系下的坐标。

4、位置呈现

通过外部监控中心的图形显示模块实现，所述模块接收软件处理后的上述数据后在屏幕的图形显示界面显示建筑工地人员位置。

5、命令反馈

外部监控中心指挥员根据人员的位置分布进行调度决策，通过数据处理软件里面的下发命令功能作出指令，通过网关转发至建筑工人移动定位终端，来指导建筑工人开展工作。

本发明的一个具体实施例，所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位包括：所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位。也就是说，本实施例具体实现了终端的UWB组网的定位方法，为定位数据结果提供了重要的数据支持，也即，实现了负责精准定位的UWB模块的功能。

本发明的一个具体实施例，所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包包括UWB标签之间的距离和环境的高度；其中，所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；所述定位信息采集单元根据采集的气压数据得到环境的高度。也就是说，为了实现精准定位的功能，本实施例进一步提供了完备的数据支撑。

本发明的一个具体实施例，所述外部监控中心包括图形显示界面和数据运算模块；步骤三中所述整合数据包和所述定位数据的信息以及所述坐标位置的信息均显示在外部监控中心的图形显示界面。也就是说，位置呈现通过外部监控中心的图形显示模块实现，即，所述图形显示模块接收到数据运算模块的软件处理后的数据，在屏幕的图形显示界面呈现出建筑工地人员的位置。本发明实施例能够在多人定位实现以后绘制整个建筑工地人员分布图，及时全面地评估建筑工地人员分配状况，为施工调度决策的制定提供依据。

综上所述，本发明实施例提供了一种建筑工地组网通信的定位终端，包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；所述显示单元，用于位置显示及数据输入；所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。同时公开了基于上述终端的定位方法。本发明与现有技术相比有效解决了工地密集建筑群遮挡信号的问题，能够快速实现建筑工地环境下建筑工地的人员定位，提高定位精度的同时也保证了定位信号具有一定的穿透能力以及更大范围的区域内数据的有效传输，从而获得实时位置使得在建筑工地复杂环境下可以保障工人的人身安全。

总之，本发明的建筑工地组网通信的定位终端及基于终端的方法具有以下技术优点：

(1)实现了LoRa、UWB、气压传感器的综合集成，能够快速实现建筑工地环境下建筑工地的人员定位，并在多人定位实现以后绘制整个建筑工地的人员分布图，及时全面地评估建筑工地人员分配状况，为施工调度决策的制定提供依据；

(2)使用LoRa/UWB组合通信定位，提高定位精度的同时也使定位信号具有一定的穿透能力，解决了GNSS卫星定位信号被建筑物遮挡的问题，更适合于建筑工地实际环境；

(3)使用UWB组网技术实现信号传输，随着组网网络的延伸和覆盖至整个建筑工地，即使在更大范围的区域仍能保证数据的有效传输；

(4)交互式地播报建筑工人的实时位置，通过LoRa长距离、低功耗通信传输工人的相互位置关系，在建筑工地复杂环境下可以保障工人的人身安全。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑工地组网通信的定位终端，其特征在于，包括数据通信单元、UWB定位单元、定位信息采集单元、显示单元以及相连的单片机控制器；

所述数据通信单元，用于和外部监控中心或网关进行数据传输；

所述UWB定位单元，用于进行UWB组网的定位；

所述定位信息采集单元，用于进行高度定位；

所述显示单元，用于位置显示及数据输入；

所述单片机控制器，用于进行数据运算及数据传输控制。

2.根据权利要求1所述的定位终端，其特征在于，所述数据通信单元包括和外部监控中心或网关进行数据传输的LoRa标签；

所述UWB定位单元包括用于UWB组网定位的UWB标签；

所述定位信息采集单元包括用于采集气压数据的气压传感器；

所述显示单元包括用于定位信息显示及和所述外部监控中心进行命令交互的图形显示窗口。

3.根据权利要求2所述的定位终端，其特征在于，所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位；

所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；

所述定位信息采集单元根据采集的气压数据进行高度定位。

4.根据权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述单片机控制器对所述距离定位和所述高度定位进行数据运算得到定位数据，并控制所述LoRa标签将所述定位数据传输给网关或外部监控中心。

5.根据权利要求4所述的定位终端，其特征在于，所述外部监控中心包括用于定位信息显示及进行命令交互的图形显示界面和数据运算模块；

所述外部监控中心接收经由网关转发的所述定位数据后，经过数据运算模块处理后得到佩戴所述定位终端的建筑工地人员在自定义坐标系下的坐标位置。

6.根据权利要求5所述的定位终端，其特征在于，所述自定义坐标系为所述外部监控中心以自身为坐标原点建立的自定义三维坐标系。

7.一种基于权利要求1-6任一所述终端的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：外部监控中心以自身为坐标原点建立自定义三维坐标系，并通过所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位；

步骤二：外部监控中心接收网关转发的以下数据：终端通过所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包以及根据所述整合数据包计算得到的定位数据；

步骤三：外部监控中心将接收到的所述整合数据包和所述定位数据经过数据运算模块处理后得到终端在步骤一中定义的坐标系下的坐标位置，并将信息结果显示在外部监控中心的图形显示界面；

步骤四：外部监控中心根据步骤三处理多个终端的坐标位置信息得到建筑工地人员的分布网络，使得建筑工地指挥员根据人员分布进行调度决策并通过数据处理软件的下发命令功能发出指令，通过网关转发至建筑工地人员携带的终端。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述UWB标签的定位得到终端在UWB组网的定位包括：所述UWB标签测得与UWB组网中其他UWB标签之间的距离定位。

9.根据权利要求7或8所述的定位方法，其特征在于，所述LoRa标签传输的UWB标签和气压传感器测得数据的整合数据包包括UWB标签之间的距离和环境的高度；

其中，所述气压传感器测得建筑工地环境的气压数据；

所述定位信息采集单元根据采集的气压数据得到环境的高度。

10.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述外部监控中心包括图形显示界面和数据运算模块；

步骤三中所述整合数据包和所述定位数据的信息以及所述坐标位置的信息均显示在外部监控中心的图形显示界面。