CN111432342A - 混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，利用三维建模技术构建厂区完整的等比例数字模型，在厂区内部署室内定位基站，并让工作人员佩戴定位标签，将定位标签信息与人员信息、工作信息形成动态捆绑，管理者使用虚拟现实工具加载建筑物信息模型，并在其中动态加载特定人员的位置信息，生成人员三维数字模型，动态更新人员当前的工作状态信息，并可以快速切换查询人员，从而让管理者方便快速的实现对所有工作人员的状态查询和管理。

Description

混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法

技术领域

本发明涉及一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，属于监控设备技术领域。

背景技术

人员管理一直是各类生产企业，尤其是涉及危险生产的企业的管理难题，人员管理要解决的核心问题是“什么人什么时间在什么地方从事什么具体工作，有什么样的限制”，其难点在于人是存在移动性的，很难从全局上把控大量人员的工作状态，无法快速方便的查询到“具体的人员在哪？在做什么工作？进度如何？是否存在违禁操作？”等信息，无法直观的对人员状态进行查询和管理。因此，研制一种应用于生产企业的人员定位管理系统，对现代企业把控工作人员的工作状态，提高工作效率，避免工作安全事故具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，提供给管理者快速方便的对厂区内人员进行状态查询和管理。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，工作人员随身携带定位标签，定位标签和定位基站之间通过无线载波信号进行通讯连接，相互交换信息，采用双向飞行法(Double-sided Two-way TOF)进行定位标签与定位基站之间的测距，定位标签发送带有时间戳的无线载波信号至附近的定位基站，定位基站收到无线载波信号之后回发带有时间戳的无线载波信号至定位标签，随后定位标签再发送带有时间戳的无线载波信号至定位基站，定位基站将和所有定位标签通讯的信息通过网线及交换机中转至室内定位解算服务器，室内定位解算服务器解算出每个定位标签在室内空间的位置信息并写入本服务器数据库；建筑信息服务器存放实施单位的电子三维建筑模型，人员管理服务器存放实施单位所有人员信息以及每个人员佩戴的定位标签ID号，室内定位解算服务器、建筑信息服务器、人员管理服务器通过局域网交换机互联互通；同时，局域网交换机连接一个无线路由器，虚拟现实设备接入无线路由器并通过无线Wifi信号实现与人员管理服务器的数据互传；建筑信息服务器建立厂区全景三维模型，室内定位解算服务器读取定位系统的定位标签信息及定位数据，读取与定位标签绑定的人员信息和工作信息，通过虚拟现实三维可视化引擎，加载厂区模型，动态生成人员模型，更新人员位置信息和人员工作信息，通过虚拟现实用户界面展示给用户，实现用户对人员的状态查询和管理。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，人员管理设有新增人员、人员编辑、移除人员、新增工作信息、工作信息查询、人员查询、标签绑定、人员列表功能模块；定位标签管理设有新增标签、编辑标签、移除标签功能模块；位置管理设有实时位置、历史轨迹查询功能模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用三维建模技术构建厂区完整的等比例数字模型，在厂区内部署室内定位基站，并让工作人员佩戴定位标签，将定位标签信息与人员信息、工作信息形成动态捆绑，管理者使用虚拟现实工具加载建筑物信息模型，并在其中动态加载特定人员的位置信息，生成人员三维数字模型，动态更新人员当前的工作状态信息，并可以快速切换查询人员，从而让管理者方便快速的实现对所有工作人员的状态查询和管理，管理者可以在足不出户的情况下快速、方便、直观的对特定人员的位置和工作状态进行查询和管理。

附图说明

图1为本发明的硬件层次结构图；

图2为本发明的软件层次结构图；

图3为本发明的硬件线路图；

图4为本发明的软件功能结构示意图；

图5为本发明的一种典型应用系统流程示意图；

图6为本发明中人员位置获取系统流程图；

图7为定位标签位置获取硬件结构示意图；

图8本发明中人员新增工作信息流程图；

图9本发明中查询人员工作信息流程图；

图10本发明中人员历史轨迹查询流程图；

图11为本发明中人员绑定标签卡流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明为一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法。

图1、2分别为本发明的硬件层次结构图和软件层次结构图，从硬件层次上来看，本发明需要在厂区内部布设室内定位基站，并为工作人员佩戴配套的定位标签，定位基站通过交换机/路由设备实现互联互通，并由定位服务器解算各个标签在厂区中的位置信息，并提供接口与人员管理服务器连通；建筑信息服务器负责保存整个厂区的等比例三维数字模型，并提供接口与人员管理服务器连通；人员管理服务器保存人员信息及工作信息，加载建筑三维数字模型，并动态读取室内定位服务器对于标签的定位数据，将其绑定的人员工作信息等内容通过虚拟现实设备展示给用户。

图3展示了本发明的硬件连接线路图，最底层为人员随身携带的定位标签，它和附近定位基站之间通过无线载波信号进行通讯，通过交换彼此信息以进行定位的准备工作，根据具体应用场合的需求，该部分硬件可以采用超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术，蓝牙(BlueTooth)技术，无线射频识别(Radio Frequency Identification)技术，Wifi(Wireless-Fidelity)等室内定位技术。典型的，以UWB定位技术为例，本例采用双向飞行法(Double-sided Two-way TOF)进行标签与基站之间的测距，标签发送带有时间戳的无线载波信号至附近的基站(所有的基站事先在室内固定位置安装)，基站收到信号之后回发带有时间戳的无线载波信号至标签，随后标签再发送带有时间戳的无线载波信号至基站，基站将和所有标签通讯的信息通过网线及交换机中转至室内定位解算服务器，该服务器通过定位算法解算出每个标签在室内空间的位置信息并写入本机数据库。建筑信息服务器存放了该实施单位的电子三维建筑模型，人员管理服务器存放了该实施单位所有的人员信息以及该人员佩戴的定位标签ID号，这三台服务器通过局域网交换机互联互通。同时该交换机连接一个无线路由器，虚拟现实设备接入该路由器并通过无线Wifi信号实现与人员管理服务器的数据互传，虚拟现实设备可以采用VR眼镜，典型的，可以采用HoloLens2，HTC Vive Pro等产品。

从软件层次上来看，本发明需要建立厂区全景三维模型，同时读取定位系统的标签及为定位数据，并读取与标签绑定的人员信息和工作信息，通过虚拟现实三维可视化引擎，加载厂区模型，并动态生成人员模型，更新人员位置信息和人员工作信息，通过虚拟现实用户界面展示给用户，以实现用户对人员的状态查询和管理。

图4为本发明的软件功能结构图，系统功能分为三个部分，与人员信息相关的人员管理，下设有新增人员、人员编辑、移除人员、新增工作信息、工作信息查询、人员查询、标签绑定、人员列表等八个功能模块。与定位标签相关的标签管理，下设有新增标签、编辑标签、移除标签等三个功能模块。与位置服务相关的位置管理，下设有实时位置、历史轨迹查询两个功能。

图5为本发明的一个典型应用实例系统运行流程图，开启预先安装在虚拟显示设备中的软件视为系统开始，应用加载过程包含以下步骤：

S101，系统进行初始化操作，包括网络配置加载、网络连接状态检查、程序更新检查、程序合法性检验，初始化完成后进入S102。

S102，加载厂区、设备、人员等的三维模型，三维模型作为点和其他信息集合的数据，因其更强烈的视觉刺激、更直观的表现形式，产生的震撼程度远超二维画面，因此在现代软件开发设计中被广泛使用。三维模型使用专用三维建模工具进行生成，本例中的模型数据通过UE4进行生成，并最终保存在建筑信息服务器上。UE是Unreal Engine的英文缩写，4是其版本号，UE4中文译为虚幻引擎4，于2014年由EpicGames公司开发完成并对外发布。

S103，人员工作、位置信息获取，显示端首先向人员管理服务发出信息获取请求，人员工作信息由人员管理服务进行提供，人员位置由位置服务器进行提供，位置信息获取如图5所示，人员工作信息获取如图7所示，最终显示端获取到人员当前工作、位置等信息。

S104，更新人员位置模型，人员模型在初始化时会处于系统指定的某个固定位置，在获取到人员最新位置信息后，需要将模型移动至指定的位置，从而实现人员位置的实时跟踪。

图6为本实施例中人员位置信息获取即应用加载中S103节点运行流程图，针对人员的管理需要对人员当前所处位置信息进行监控，若人员错误的进入危险区域需要及时进行提醒，区别于传统的监控摄像头等管理方式，通过人员实时位置对人员进行管理可大大提升管理响应速度，保障人员安全。人员位置信息通过与之绑定的定位标签卡进行获取，人员管理服务器在接收到位置查询指令后，首先搜索人员数据库中是否存在该人员，若存在该人员信息，向位置服务器提交查询与该人员绑定的定位标签卡位置信息请求，暂无该人员信息时返回相应提示信息。

位置服务器在接收到查询指令后，搜索当前位置数据库是否存在该标签卡号，若标签存在则返回对应标签的实时位置信息，若不存在该标签则返回相应提示信息。

图7展示了一种UWB定位技术的硬件部署结构示意图，系统中定位标签的位置信息由位置服务器进行提供，如图所示为，包括多个定位标签1、多个定位基站2、位置服务器3、电源模块4、路由器5和交换机6。

定位标签1用于确定当前所处区域位置信息，定位标签1首先获取附近至少三个可通讯定位基站2的Blank信息包，收到信息后即代表附近有可使用的定位基站2，而后与定位基站2建立通讯连接，在与定位基站2进行至少三次重复通讯后，定位基站2可获取到与定位标签1之间的通讯飞行时间，重复至少三次通讯是为了提高飞行时间的精度。

定位基站2安装在定位区域中的某个固定位置，在150毫秒固定时间周期内，首先对外发出电磁波信号搜索附近在线可使用的定位基站2，10毫秒之后结束搜索基站并暂存当前搜索到的附近的定位基站2信息，而后对外发出Blank信息包等待定位标签1的响应，获取到标签响应并与之进行三次通讯后即可获取到与定位标签1之间的通讯飞行时间，在一个时间周期结束后将通讯飞行时间、自身位置坐标等信息通过路由器5提交给位置服务器3。定位基站2与位置服务器3之间通过有线连接，位置服务器3的相关指令也可以通过定位基站2发送给定位标签1。

位置服务器3通过路由器5的端口接收到来自于定位基站2的数据后进行定位标签1的位置解算，首先通过飞行时间计算得出定位基站2与定位标签1之间的距离，后通过定位基站2坐标信息求解出定位标签1在当前定位区域范围内的位置信息，位置信息最终保存至数据库。

电源模块4为定位基站2、位置服务器3、路由器5、交换机6等提供电源。

路由器5为定位基站2、位置服务器3提供可通讯的IP地址，定位基站2与位置服务器3之间通过TCP/IP协议进行通讯。

交换机6为基站2、服务器3之间互相通讯提供网络数据转发。

如图8为本实例中新增人员工作信息的流程示意图，人员在进入厂站前需要对此次工作信息进行录入，工作信息包括工作内容、起始时间、结束时间、工作负责人、联系方式、授权人员等信息，通过对信息中的要素进行规划、组织可最大化的利用资源，协调系统运行。在提交工作信息新增申请后，人员管理服务需要对内容进行校验，校验成功保存至数据库，校验失败返回提示信息。

图9为本发明实例中查询人员工作信息系统流程图，当人员进入到工作区域时，通过对人员工作信息的查询，可以判断人员此次作业是否经过授权、操作是否合规等，在向人员管理服务发出查询指令后，人员管理服务查询数据库中该人员当前的工作信息并返回。

图10展示了本实例中人员历史轨迹查询操作，通过对人员的历史轨迹进行查看，可以判断人员是否产生违规越界行为、操作是否安全，同时也是安全事故发生后重要的评判依据，因此位置数据库会保存至少三个月的位置历史数据，在显示端通过对人员、时间跨度进行选择后进行历史轨迹查询，人员管理服务接收到历史轨迹查询请求后，查询人员数据库是否存在该人员，若存在人员信息，向位置服务提交历史轨迹查询请求，若不存在返回提示信息。

位置服务器接收到查询指令，查询对应时间段、相应卡号的位置信息并进行返回，由于位置信息更新速度过快，会产生大量的重复数据或人员移动量过小的数据，因此在查询过程中会采取数据过滤，过滤原则是在间隔时间1秒内，若产生的位置移动小于0.2米则剔除该数据，最终将过滤完成的数据返回显示端。

显示端在接收到位置历史数据后，通过更新人员模型位置进行历史轨迹还原操作。

图11展示了人员与定位标签卡之间双向绑定操作，控制端可以实现为人员进行定位标签卡绑定功能，该功能的主要考量是在新增人员、人员离职、人员调动后标签卡状态空置，或需要临时新增访客人员等情况下进行的人员与标签卡之间的双向绑定，控制端提交人员与标签信息后，人员管理服务接收到绑定指令，首先查询是否存在该人员，若存在该人员则向位置信息服务查询卡号的状态信息，若不存在返回提示信息。

位置服务接收到该绑定请求后，查询该标签是否存在以及标签当前使用状态，如标签可使用则返回标签信息并更新当前标签的使用状态为不可用，若当前标签不可用会返回当前不可用的提示信息。标签当前被占用，或产生损毁均会返回状态不可用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，其特征在于，工作人员随身携带定位标签，定位标签和定位基站之间通过无线载波信号进行通讯连接，相互交换信息，采用双向飞行法进行定位标签与定位基站之间的测距，定位标签发送带有时间戳的无线载波信号至附近的定位基站，定位基站收到无线载波信号之后回发带有时间戳的无线载波信号至定位标签，随后定位标签再发送带有时间戳的无线载波信号至定位基站，定位基站将和所有定位标签通讯的信息通过网线及交换机中转至室内定位解算服务器，室内定位解算服务器解算出每个定位标签在室内空间的位置信息并写入本服务器数据库；建筑信息服务器存放实施单位的电子三维建筑模型，人员管理服务器存放实施单位所有人员信息以及每个人员佩戴的定位标签ID号，室内定位解算服务器、建筑信息服务器、人员管理服务器通过局域网交换机互联互通；同时，局域网交换机连接一个无线路由器，虚拟现实设备接入无线路由器并通过无线Wifi信号实现与人员管理服务器的数据互传；建筑信息服务器建立厂区全景三维模型，室内定位解算服务器读取定位系统的定位标签信息及定位数据，读取与定位标签绑定的人员信息和工作信息，通过虚拟现实三维可视化引擎，加载厂区模型，动态生成人员模型，更新人员位置信息和人员工作信息，通过虚拟现实用户界面展示给用户，实现用户对人员的状态查询和管理。

2.如权利要求1所述的混合建筑信息模型室内定位和虚拟现实的人员管理方法，其特征在于，人员管理设有新增人员、人员编辑、移除人员、新增工作信息、工作信息查询、人员查询、标签绑定、人员列表功能模块；定位标签管理设有新增标签、编辑标签、移除标签功能模块；位置管理设有实时位置、历史轨迹查询功能模块。

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