CN110942713B - 变电站人员行为管控智能工牌 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电站人员行为管控智能工牌，属于电力辅助用具技术领域，包括工牌本体、设置在所述工牌本体上的主控模块、及与所述主控模块相连接的信息采集模块、信息存储模块、信息显示模块、定位模块、信号收发模块和电源模块；所述工牌主体包括壳体和设置在所述壳体上的固定夹。本发明将北斗卫星定位系统与变电检修业务相结合，利用北斗高精度定位、人工智能、三维电子围栏和物联网技术，建设集人员作业路径规划、危险区告警、权限管控、行为规范管控和历史责任追踪等功能为一体的作业行为和安全管控平台，对接智能运检管控平台，为智能运检体系建设提供技术支撑。

Description

变电站人员行为管控智能工牌

技术领域

本发明涉及电力辅助用具技术领域，具体涉及一种变电站人员行为管控智能工牌。

背景技术

在变电站运检作业过程中,一般需要佩戴工牌，工牌一般包括工作人员的照片、职位和编号等信息。现在的工牌一般采用塑料外壳，里面放置纸质件打印工作人员的相关信息。工牌容易损坏，且记载的信息单一, 智能性不足，不能满足使用者的需求。当工作人员的信息发生变动时，不能在打印的纸质件上直接进行更改，就需要重新更换工牌，费时费力，极其麻烦。在变电站运检作业过程中，存在人员作业路径不清、安全区域不清、安全防范不到位等情况，导致危险事故发生的隐患。身份工牌，是检修人员的标准装备，能显示佩戴者的身份信息。当21世纪科技飞速发展智慧物联加快步伐，智慧巡检和智慧管理新一代颠覆式技术变革，工牌也迎来了科技创新时代，电子工牌将代替传统纸质卡片工牌。

公开号为CN106898259A的专利文献公开了一种智能工牌，包括主控模块、信息采集模块、信息读取模块、信号收发模块、显示模块、监测模块、定位模块和电源模块。所述的主控模块包括微处理器，对智能工牌的信息进行运算处理。所述的信息读取模块包括指纹识别器和信息存储器，指纹信息相匹配后，能通过微处理器读取信息存储器的信息。所述的监测模块用于监测环境信息和使用者的身体状况。

公开号为CN110135546A的专利文献公开了一种基于蓝牙连接的智能工牌，包括工牌本体，还包括蓝牙模块、显示模块、存储模块、时钟模块、定位模块、控制器模块和电源模块；所述工牌本体包括壳体和吊绳；所述壳体上设有孔状结构；所述吊绳可拆卸的穿过孔状结构；所述蓝牙模块，包括蓝牙收发模块，用于与智能终端的蓝牙模块连接配对；所述显示模块包括一个液晶显示屏，用于显示员工基本信息；所述存储模块，用于存储员工基本信息；所述时钟模块，用于获取所述智能工牌与所述智能终端的蓝牙模块连接配对的时间；所述定位模块，用于获取所述智能工牌与所述智能终端的蓝牙模块连接配对的位置。

上述两种工牌都能对人员的相关信息进行监控，但是监控和存储信息不够全面，采用其他定位系统，不能对员工的活动轨迹进行精确定位，不能达到安全防护的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种变电站人员行为管控智能工牌。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

变电站人员行为管控智能工牌，包括工牌本体、设置在所述工牌本体上的主控模块、及与所述主控模块相连接的信息采集模块、信息存储模块、信息显示模块、定位模块、信号收发模块和电源模块；所述工牌主体包括壳体和设置在所述壳体上的固定夹。

进一步的，所述主控模块包括设置在所述壳体内的微处理器；所述电源模块包括设置在所述壳体内部与所述微处理器相连接的纽扣电池。

进一步的，所述信息采集模块包括与所述微处理器相连接的信息录入器；所述信息存储模块包括与所述微处理器相连接的信息存储器；所述信息显示模块包括设置在所述壳体表面与所述微处理器相连接的显示屏。

进一步的，所述信号收发模块包括信号收发器，所述信号收发器通过WiFi或蓝牙将所述微处理器与外部设备连接。

进一步的，所述定位模块为北斗定位模块。

进一步的，所述北斗定位模块包括通过北斗接收机模块接收到信号的北斗芯片，所述北斗接收机模块包括天线、与所述天线相连接的射频前端处理单元、与所述射频前端处理单元相连接的多通道数字基带信号处理单元、与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理单元及与所述导航处理单元相连接的控制显示单元。

进一步的，所述射频前端处理单元包括与所述天线相连接的功率放大器、与所述功率放大器相连接的混频器、与所述混频器相连接的数字控制振荡器和模拟数字转换器。

进一步的，所述导航处理单元包括与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理器及与所述导航处理器相连接的单片机。

电力检修过程中存在大量的安全隐患，安全施工范围距离则是其中最重要的一个环节。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用的定位精度只有数十米量级。为提高定位精度，普遍采用差分定位技术，建立地面基准站(差分台)进行卫星观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。北斗作为我国自行研制的北斗卫星导航系统，伴随着北斗三号卫星的陆续发射，已实现重大突破。北斗系统的建立和使用，使我国摆脱了对美国GPS的依赖，打破了发达国家垄断卫星导航定位技术的局面，标志着我国在自主可控的卫星导航系统的建设中迈出坚实的一大步。本发明通过开发基于北斗定位系统的变电站人员单兵设备，将北斗卫星定位系统与变电检修业务相结合，基于北斗定位系统的变电站人员单兵设备将传统的检修装备升级改造，完善现场施工现场管理，降低安全隐患，将工作状况进行量化管理，提高其工作效率。目前，将北斗定位应用于智能工牌中的研究不多，如公开号为CN205263856U的专利公开一种基于ibeacon技术的智能工牌，其包括工牌主体，因工牌主体上设置有用于识别或储存名片信息的蓝牙低功耗模块，该蓝牙低功耗模块包括工牌底壳，工牌上壳，纽扣电池，支架，蓝牙控制电路板，低功耗蓝牙芯片，晶振，传感器，蓝牙天线。公开号为CN109727543A的专利文献公开一种工牌，具体涉及一种适用于车间工人使用的工牌。该适用于车间工人使用的工牌，包括工牌本体，工牌本体内设有电池、LED显示模块、信息接收模块和信息发射模块；LED显示模块包括员工信息显示区、工作信息显示区和指纹识别区；信息接收模块用于接收技术室发来的工作信息，工作信息显示区显示接收技术室发来的工作信息，车间工人在指纹识别区按指纹，信息发射模块发出车间工人已受理信息；工牌本体的上部还设有开关按钮，用于控制LED显示模块、信息接收模块和信息发射模块的开启和关闭。这类工牌都能显示员工个人信息，但是不能对员工进行精确定位。

本发明的有益效果是：本发明将北斗卫星定位系统与变电检修业务相结合，利用北斗高精度定位、人工智能、三维电子围栏和物联网技术，建设集人员作业路径规划、危险区告警、权限管控、行为规范管控和历史责任追踪等功能为一体的作业行为和安全管控平台，对接智能运检管控平台，为智能运检体系建设提供技术支撑。在北斗卫星定位系统高精度定位的基础上，搭配高清站内地图，可以更有效的实现作业人员精准定位。

本发明能够减轻作业人员的负重，提高户外作业的效率。智能工牌是一款集成多种传感器、功能模块于一体，基于互联网的可穿戴式智能硬件设备，采用分离式设计，通过快速搭扣和绑带能与工牌完美匹配贴合工作。智能工牌整合了电源、计算存储、数据传输、等功能，集成了大部分作业人员需要携带的工具，简化了作业过程中操作的复杂性，能够减轻作业人员的负重，提高户外作业的效率。

本发明减少检修过程误操作，提高工作质量。能对施工作业全过程进行监控，便于现场操作案例存档，能让一线作业员工自己清楚了解自己具体现场操作的实际情况，及时准确的发现分析自己工作中的不足，为寻找探索弥补解决实际工作中的不足提供依据，让安全隐患消失在萌芽状态，让安全事故发生的概率降到最低，是一线作业员工自我提高，不断进步的重要辅助平台。本发明在工作的过程中，每间隔一段时间将工牌端的北斗数据发送给后台系统，后台系统进行汇总并显示工牌端的北斗轨迹，监控检修人员工作轨迹，从而降低安全隐患。数字化管控系统平台可导航选择查看某个区域所有作业现场分布情况，定位全部现场或单独查看单个现场，也可进行导航指引定位某个作业现场具体位置，查看监督每个作业现场实际情况，远程与现场互动交流沟通。

本发明基于北斗定位系统的变电站人员单兵设备以问题发现为导向，降低影响为目标，有序协调，横向贯穿各业务部门的问题联动处理，将有力支撑公司管理体系工作的需要，实现公司检修工作管理的手段提升，有效提高公司检修工作管理水平，可取得良好的社会效益、管理效益、经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是本发明的结构方框图。

图3是本发明北斗接收机模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1-3，本实施例提供一种变电站人员行为管控智能工牌，包括工牌本体、设置在所述工牌本体上的主控模块、及与所述主控模块相连接的信息采集模块、信息存储模块、信息显示模块、定位模块、信号收发模块和电源模块；所述工牌主体包括壳体和设置在所述壳体上的固定夹。

所述主控模块包括设置在所述壳体内的微处理器；所述电源模块包括设置在所述壳体内部与所述微处理器相连接的纽扣电池。

所述信息采集模块包括与所述微处理器相连接的信息录入器；所述信息存储模块包括与所述微处理器相连接的信息存储器；所述信息显示模块包括设置在所述壳体表面与所述微处理器相连接的显示屏。

所述信号收发模块包括信号收发器，所述信号收发器通过WiFi或蓝牙将所述微处理器与外部设备连接。

所述定位模块为北斗定位模块。

信息录入器用于录入员工的个人信息，包括照片、姓名、工号、岗位、入职时间、所在部门、工作时间、工作地点等，并保存在信息存储器中，通过显示屏显示。信息存储器中还存储员工的上下班时间，移动轨迹等信息。工牌的壳体可以为圆形、矩形等形状，设有固定夹，如易拉扣塑料夹子，方便固定，当然也可以设置吊绳。

实施例2

参阅图1-3，本实施例提供了一种变电站人员行为管控智能工牌是在实施例1的基础上进行的改进，所述北斗定位模块包括通过北斗接收机模块接收到信号的北斗芯片，所述北斗接收机模块包括天线、与所述天线相连接的射频前端处理单元、与所述射频前端处理单元相连接的多通道数字基带信号处理单元、与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理单元及与所述导航处理单元相连接的控制显示单元。

所述射频前端处理单元包括与所述天线相连接的功率放大器、与所述功率放大器相连接的混频器、与所述混频器相连接的数字控制振荡器和模拟数字转换器。

所述导航处理单元包括与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理器及与所述导航处理器相连接的单片机。

北斗芯片包含RF射频芯片，基带芯片及微处理器的芯片组，相关设备通过北斗芯片，可以接受由北斗卫星发射的信号，从而完成定位导航的功能。天线接收到来自各个方向的无线电波，并将其转换为系统能够识别的电信号，利用其极化特性，降低多径效应和干扰噪声。理论上，接收到的卫星信号越多，通过一定的选星算法，系统的定位就越准确。然而，低角度方向中的卫星信号中会夹杂着大量的干扰信号，对于信号的解析弊大于利，因此，会选择性抑制来自低角度方向的卫星信号，特别是接收角度在 5°以下的卫星信号。大部分情况下，天线转化得到的电信号极其微弱，故需要进行预放大处理。同时，缩短天线与放大器之间的距离，可使信号的馈线损耗降低，减小信号的失真，故将天线与前置放大器放在一起。

射频前端处理：主要实现的功能包括：天线接收所有方向的信号，射频前端处理的第一步就是滤除掉相应频段以外的信号。接着将信号送入放大器，用于后续的信号处理。此时，信号仍是射频信号，接收机无法直接处理，因此需要进行下变频，将频率降低至接收机可处理的范围内。最后进行 A/D 采样，将其转变为数字基带信号，后续功能全部数字化处理实现。

多通道基带信号处理模块的任务主要分为三部分：捕获、解扩、解调。同时获得载波的多普勒频移、测距 C 码的相位差等量，用于后续的计算。在解扩、解调之后恢复出数据码。其中，能否正确的进行测距 C 码的跟踪解调是导航接收机的核心问题，也是本文讨论的重点。

导航处理模块、MCU、控制显示模块，在经过数字基带信号处理以后，伪码、载波相继从信号中去除，恢复出数据码。最后通过 MCU 控制数据解析，协调系统的整体工作，最后将解析出来的导航电文送显。

实施例3

参阅图1-3，本实施例提供一种变电站人员行为管控智能工牌是在实施例2的基础上进行的改进，所述主控模块连接报警模块和计步模块，所述报警模块包括与所述微处理器连接的报警器，所述计步模块包括与所述微处理器相连接的计步器。当检测到工牌佩戴异常或不在预定设计的工作地点范围内时，报警器发出报警信号，计步器记录人员行走的步数。

实施例4

参阅图1-3，本实施例提供一种变电站人员行为管控智能工牌的使用方法，包含如下步骤：

1）配戴工牌，打开电源开关，首先进入自检过程，自检过程完成后，将发送一条报文至服务器，该报文包含传感器状态、GPS定位信息和基站信息等；

2）首条自检报文发送成功后，工牌进入佩戴监控状态；

3）进入佩戴监控状态，如检测到佩戴异常，将发出语音报警，并发送报文至报务器；

4）正确佩戴工牌或延时一定时长后，进入运动监测状态，如监测到异常，将发出报警声光，其后将发送报文至服务器；如未检到异常将定期发送监控数据至报务器；

5）服务器接收到智能工牌发出的数据，实现对数据的采集、管理，通过手机APP、PC平台等方式呈现给终端用户。

电力检修过程中存在大量的安全隐患，安全施工范围距离则是其中最重要的一个环节。本发明在北斗卫星定位系统高精度定位的基础上，搭配高清站内地图，可以更有效的实现作业人员精准定位。

1）安全路径警告：检修人员在手持终端根据唯一安全路径指引，前往需要检修的目的地。智能工牌会实施传输佩戴者当前位置信息，当佩戴者偏移安全区域或路径错误，服务器会向工牌发送警告指令，工牌带有的声光告警功能启动，警告佩戴者错误行为。

2）检修范围安全警告：检修人员在施工过程中，会划定安全检修区域。配带电子工牌，检修过程中会实时向服务器发送位置信息，当信息与安全位置信息不匹配时，服务器会向工牌发送警告指令，牌带有的声光告警功能启动，警告佩戴者错误行为。

实施例5

本实施例提供了一种变电站人员行为管控智能工牌的北斗定位系统的算法：首先分别从两基站的 RINEX 格式的观测值文件中提取相同历元的观测信息；然后从导航电文文件中提取相应的星历文件信息，并计算该历元时刻下的卫星位置。根据卫星仰角的大小进行参考卫星的选择与不良卫星的剔除；最后建立双差观测方程进行定位解算。在本次算法设计中，对模糊度结算失败的历元采用上一个历元的模糊度进行移动站位置的解算。

RINEX 文件包含了四种类型文件，分别为导航电文文件、观测值文件、气象数据文件和卫星钟文件。其中，导航电文文件中主要存放一段观测时间内各个卫星的星历参数以及电离层改正参数等信息，用来进行卫星轨道拟合；观测值文件主要存放接收机对各个卫星不同频率的码测量值、载波测量值、多普勒测量值和信号强度等观测值信息；气象数据文件存放当前观测环境下的温度、湿度、大气压强等气象信

息；卫星钟文件主要存放卫星和接受机的时钟信息。用 RTK 方式对北斗系统进行卫星定位时，主要的影响因素有卫星瞬时位置的解算、误差的消除与减弱和整周模糊度的准确确定。由于北斗卫星的种类不同，其位置解算方法也有所不同。在实际观测过程中，由于误差的影响会使定位精度大大降低，整周模糊度解算的成功率直接影响了定位结果的好坏。因此，本实施例利用所提出算法对RINEX3.02 格式的北斗数据文件进行位置解算处理，定位更加精确，具有较高的解算成功率，精度在 40cm 左右。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.变电站人员行为管控智能工牌，其特征在于：包括工牌本体、设置在所述工牌本体上的主控模块、及与所述主控模块相连接的信息采集模块、信息存储模块、信息显示模块、定位模块、信号收发模块和电源模块；所述工牌主体包括壳体和设置在所述壳体上的固定夹；

所述定位模块为北斗定位模块；

所述北斗定位模块包括通过北斗接收机模块接收到信号的北斗芯片，所述北斗接收机模块包括天线、与所述天线相连接的射频前端处理单元、与所述射频前端处理单元相连接的多通道数字基带信号处理单元、与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理单元及与所述导航处理单元相连接的控制显示单元；

所述射频前端处理单元包括与所述天线相连接的功率放大器、与所述功率放大器相连接的混频器、与所述混频器相连接的数字控制振荡器和模拟数字转换器；

所述导航处理单元包括与所述多通道数字基带信号处理单元相连接的导航处理器及与所述导航处理器相连接的单片机；

所述主控模块连接报警模块和计步模块，所述报警模块包括与微处理器连接的报警器，所述计步模块包括与所述微处理器相连接的计步器；

所述变电站人员行为管控智能工牌采用北斗定位系统的算法为：首先分别从两基站的RINEX 格式的观测值文件中提取相同历元的观测信息；然后从导航电文文件中提取相应的星历文件信息，并计算该历元时刻下的卫星位置，根据卫星仰角的大小进行参考卫星的选择与不良卫星的剔除；最后建立双差观测方程进行定位解算，在本次算法设计中，对模糊度结算失败的历元采用上一个历元的模糊度进行移动站位置的解算；

RINEX 文件包含了四种类型文件，分别为导航电文文件、观测值文件、气象数据文件和卫星钟文件；

一种变电站人员行为管控智能工牌的使用方法，包含如下步骤：

1）配戴工牌，打开电源开关，首先进入自检过程，自检过程完成后，将发送一条报文至服务器，该报文包含传感器状态、GPS定位信息和基站信息等；

2）首条自检报文发送成功后，工牌进入佩戴监控状态；

3）进入佩戴监控状态，如检测到佩戴异常，将发出语音报警，并发送报文至报务器；

4）正确佩戴工牌或延时一定时长后，进入运动监测状态，如监测到异常，将发出报警声光，其后将发送报文至服务器；如未检到异常将定期发送监控数据至报务器；

5）服务器接收到智能工牌发出的数据，实现对数据的采集、管理，通过手机APP、PC平台等方式呈现给终端用户。

2.如权利要求1所述的变电站人员行为管控智能工牌，其特征在于：所述主控模块包括设置在所述壳体内的微处理器；所述电源模块包括设置在所述壳体内部与所述微处理器相连接的纽扣电池。

3.如权利要求2所述的变电站人员行为管控智能工牌，其特征在于：所述信息采集模块包括与所述微处理器相连接的信息录入器；所述信息存储模块包括与所述微处理器相连接的信息存储器；所述信息显示模块包括设置在所述壳体表面与所述微处理器相连接的显示屏。

4.如权利要求3所述的变电站人员行为管控智能工牌，其特征在于：所述信号收发模块包括信号收发器，所述信号收发器通过WiFi或蓝牙将所述微处理器与外部设备连接。

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