CN112040395B - 一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开公开的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统及方法，包括：定位标签，用于对隧道内人员进行定位；多组定位基站，设置于隧道内，获得定位标签与定位基站间的距离信息；定位服务器，接收定位标签与定位基站间的距离信息，计算获得人员在隧道内的位置信息；地面客户端，接收定位服务器发送的位置信息，及定位标签与定位基站间的距离信息，根据电缆隧道走向图和所述定位基站的经纬度坐标，计算获得人员的经纬度坐标。能够在地面上完成对电缆隧道内人员的位置定位，获取隧道内人员的经纬度坐标，通过经纬度坐标获取人员在隧道内的经纬度位置，在对隧道内人员定位时，不依赖地面附属物。
Description
技术领域
本公开涉及一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着城市建设活动的不断进行，电缆隧道对应地上附属物不断变化，原有的地面参照物已经发生改变或者消失，且地面附属物的变动也未及时更新到GIS地图中，导致很难从地面现有的建筑物判断出地面下电缆隧道的具体位置。
此外，电缆隧道在地下所处的位置较深，隧道中无GPS信号、无通信信号，巡视人员一旦进入隧道以后，无法同地上人员进行联络。
若电缆隧道有紧急情况发生，管理人员无法获知巡视人员在隧道内的具体位置及生命安全情况，也无法对发生意外的人员进行精准位置的开挖施救，增加运维人员巡视电缆隧道时的风险。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统及方法，能够对进入电缆隧道的人员进行精确位置定位，并获得人员的经纬度坐标，获取人员在隧道内的经纬度位置。
为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
在一个或多个实施例中，提出了一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，包括：
定位标签，用于对隧道内人员进行定位；
多组定位基站，设置于隧道内，对定位标签进行检测，获得定位标签与定位基站间的距离信息；
定位服务器，接收定位标签与定位基站间的距离信息，计算获得人员在隧道内的位置信息；
地面客户端，接收定位服务器发送的位置信息，及定位标签与定位基站间的距离信息，根据电缆隧道走向图和所述定位基站的经纬度坐标，计算获得人员的经纬度坐标。
进一步的，还包括，地面客户端，将人员的经纬度坐标输入电缆隧道走向图中，获取人员在隧道中的经纬度位置。
在一个或多个实施例中，提出了一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统的工作方法，包括：
定位基站与定位标签互相通信，获取电缆隧道内部的定位标签信息，及定位基站与定位标签间的距离信息；
根据定位基站与定位标签间的距离信息，获取人员在电缆隧道内的位置信息，根据电缆隧道走向图，获取人员所处位置与所述定位基站的真北方向偏差角，根据所述的距离信息和真北方向偏差角，计算人员与所述定位基站间的经纬度偏移量，根据所述定位基站的经纬度坐标，获得隧道内人员的经纬度坐标。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
1、本公开的协同定位系统，能够在地面上完成对电缆隧道内人员的位置定位，并获取隧道内人员的经纬度坐标，通过经纬度坐标获取人员在隧道内的经纬度位置，从而在对隧道内人员定位时，不依赖地面附属物，解决了地面附属物发生变化后，无法从地面上定位地下电缆隧道位置问题。
2、本公开的协同定位系统，进入电缆隧道的人员必须佩带定位标签，限制未经授权的人进入危险区域，防止意外事故的发生。
3、本公开的协同定位系统，可实时监测电缆隧道内人员的位置信息，对于一些突发的事故进行快速的定位救援，为事故的处理赢得宝贵的时间。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开协同定位系统的整体框架图；
图2为本公开电缆隧道内部与地上位置协同定位示意图；
图3为本公开电缆隧道内部人员位置定位原理图；
图4为本公开电缆隧道整体走向图；
图5为本公开相邻定位基站间经纬度偏移量的计算原理图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
实施例1
为了在地面上，对电缆隧道内的人员进行位置定位，并获取人员的经纬度坐标和经纬度位置，从而使人员的定位不依赖地面固定附属物，解决地面附属物发生变化后，无法从地面上定位地下电缆隧道位置问题，公开了一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，包括：
定位标签，佩戴于隧道内人员身上，用于对隧道内人员进行定位；
多组定位基站，设置于隧道内，与定位标签进行通信，获取定位标签信息，及定位标签与定位基站间的距离信息；
定位服务器，接收定位基站发送的定位标签信息，及定位标签与定位基站间的距离信息，计算获得人员在隧道内的位置信息；
地面客户端，接收定位服务器的发送定位标签信息、定位标签与定位基站间的距离信息，及人员在隧道内的位置信息，根据电缆隧道走向图，获取人员所处位置与所述定位基站的真北方向偏差角，根据所述的距离信息和真北方向偏差角，计算人员与所述定位基站间的经纬度偏移量，根据所述定位基站的经纬度坐标，获得人员的经纬度坐标。
由于电缆隧道中无通信信号，需要在电缆隧道中安装一定数量的定位基站，多组定位基站在隧道内组成定位网络，获取定位标签的信息，和定位标签与定位基站的距离信息。
当巡视人员携带定位标签进入电缆隧道时，最近或者相邻的定位基站感知定位标签的存在，通过UWB脉冲定位基站与定位标签进行信息交互。
定位基站与定位服务器通信，将获取的定位标签信息和距离信息传送至定位服务器，定位服务器通过TOF定位算法精准定位人员在隧道内的实时位置。
实地测量电缆竖井的经纬坐标，将获得的电缆竖井的经纬度坐标录入到协同定位系统中，作为计算电缆隧道定位基站经纬度坐标的辅助数据，辅助系统计算电缆隧道内对应地面上的坐标，减少定位误差。
地面客户端内存储电缆隧道走向图，电缆隧道实施验收后会有整体的电缆隧道走向图，使用专用软件依托电缆隧道走向图为底稿，将测量获取的每一个电缆隧道竖井真实的经纬度坐标数据标注到对应竖井标记处，依托电缆竖井多个关键点可以确定电缆隧道的整体走向。根据电缆隧道走向图能够获取隧道内任意两点间的真北方向偏差角。
因电缆隧道一般在城市市区较深的地方，无手机、GPS等信号，需要在电缆隧道中安装定位基站，实现人员电缆隧道中的定位。电缆隧道按照一定的距离安装定位基站，相邻定位基站之间无阻碍直线布设，使用激光测距仪测量相邻定位基站的直线距离L，通过陀螺全站仪测量相邻定位基站间真北方向的偏差角度。
自动陀螺全站仪可以在短时间内定位一个误差30”内的真北方位，使用自动陀螺仪获取定位基站相对前一个定位基站的水平角度α，根据三角函数公式，计算出两个相邻定位基站在经度方向偏移量△H和纬度方向偏移量△K。
经度方向偏移量△H＝L*sin(90°-α)
纬度方向偏移量△K＝L*cos(90°-α)
根据在经纬度上的偏移量，基于上一个定位基站的经纬坐标，换算出下一个定位基站的经纬坐标，进而获得每一个定位基站的经纬度坐标。
获取电缆隧道竖井最近处定位基站与电缆隧道竖井间的距离，及该定位基站与电缆隧道竖井间的真北方向偏差角，根据电缆隧道竖井的经纬度坐标，计算获得电缆隧道竖井最近处定位基站的经纬度坐标。
通过该电缆隧道竖井最近处定位基站的经纬度坐标，获取所有的定位基站的经纬度坐标。
电缆隧道中无法接受GPS定位信号，定位标签在电缆隧道某一位置只能接受一个或多个定位基站的定位信号。
定位标签和定位基站通过UWB脉冲信号进行通信，定位基站将采集的定位标签信息数据，定位标签与定位基站间的距离信息发送至定位服务器，定位服务器通过TOF定位算法精准定位人员在隧道内的实时位置，人员的位置只是针对该电缆隧道的一维坐标系，暂时无精确的经纬度坐标。
定位服务器将定位标签信息数据，定位标签与定位基站间的距离信息，人员在隧道内的位置信息发送至地面客户端，根据位置信息，和电缆隧道走向图，获取隧道内人员与定位基站间的真北方向偏差角，因为相邻定位基站之间无阻碍直线布设，只要获取定位标签与定位基站的距离，及人员与定位基站间的真北方向偏差角，结合三角函数计算方法，计算出人员相对定位基站在经度方向和纬度方向的偏移量，最后换算成经纬度的偏移量，根据相互通信的定位基站ID，检索本定位基站的经纬度值，与其经纬度相加减，就能得到人员精确的经纬度坐标。
将计算获得的经纬度坐标输入电缆隧道走向图中，获得人员在电缆隧道中的精确经纬度位置。
该实施例中的协同定位系统，获取了隧道内人员的经纬度坐标，解决了地面附属物发生变化后，无法从地面上定位地下电缆隧道位置问题，不再依托地面固定附属物，能够实现电缆隧道地下定位问题。
同时电缆隧道地面协同定位可提供人员在电缆隧道的实时位置信息，另外可对区域进行分类管理，限制未经授权的人进入危险区域，防止意外事故的发生。
该协同定位系统可以实时掌握隧道巡检或者检修人员的动态情况，对于一些突发的事故进行快速的定位救援，为事故的处理赢得宝贵的时间。
实施例2
在该实施例中，公开了实施例1公开的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统的工作方法，包括：
定位基站与定位标签互相通信，获取电缆隧道内部的定位标签信息，及定位基站与定位标签间的距离信息；
根据定位基站与定位标签间的距离信息，获取人员在电缆隧道内的位置信息，根据电缆隧道走向图，获取人员所处位置与所述定位基站的真北方向偏差角，根据所述的距离信息和真北方向偏差角，计算人员与所述定位基站间的经纬度偏移量，根据所述定位基站的经纬度坐标，获得隧道内人员的经纬度坐标。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，包括：
定位标签，用于对隧道内人员进行定位；
多组定位基站，设置于隧道内，获得定位标签与定位基站间的距离信息；
定位服务器，接收定位标签与定位基站间的距离信息，计算获得人员在隧道内的位置信息；
地面客户端，接收定位服务器发送的位置信息，及定位标签与定位基站间的距离信息，根据电缆隧道走向图和所述定位基站的经纬度坐标，计算获得人员的经纬度坐标；
地面客户端根据接收的位置信息和电缆隧道走向图，获取人员所处位置与所述定位基站的真北方向偏差角，根据所述的距离信息和真北方向偏差角，计算人员与所述定位基站间的经纬度偏移量，根据所述定位基站的经纬度坐标，获得人员的经纬度坐标；
将人员的经纬度坐标输入电缆隧道走向图中，获取人员在电缆隧道中的经纬度位置。
2.如权利要求1所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，地面客户端内存储电缆隧道走向图，根据电缆隧道竖井真实的经纬度坐标在电缆隧道走向图上标注所有的电缆隧道竖井，根据电缆隧道走向图获取隧道内任意两点间的真北方向偏差角。
3.如权利要求1所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，地面客户端，根据相邻定位基站间的真北方向偏差角，和相邻定位基站间的距离，计算相邻定位基站在经度和纬度方向上的偏移量，根据电缆隧道竖井最近处定位基站的经纬度坐标，计算获得每个定位基站的经纬度坐标。
4.如权利要求3所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，地面客户端，获取电缆隧道竖井最近处定位基站与电缆隧道竖井间的距离，及该定位基站与电缆隧道竖井间的真北方向角度，根据电缆隧道竖井经纬度坐标计算获得电缆隧道竖井最近处定位基站的经纬度坐标。
5.如权利要求3所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，通过自动陀螺全站仪定位获取相邻定位基站间的真北方向偏差角度，通过激光测距仪测量相邻定位基站间的距离。
6.如权利要求1所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，在电缆隧道内安装多个定位基站，相邻定位基站间无阻碍直线布设。
7.如权利要求1所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统，其特征在于，定位服务器通过TOF定位算法获取人员在电缆隧道内的位置信息。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种电缆隧道内部及地上位置协同定位系统的工作方法，包括：
定位基站与定位标签互相通信，获取电缆隧道内部的定位标签信息，及定位基站与定位标签间的距离信息；
根据定位基站与定位标签间的距离信息，获取人员在电缆隧道内的位置信息，根据电缆隧道走向图，获取人员所处位置与所述定位基站的真北方向偏差角，根据所述的距离信息和真北方向偏差角，计算人员与所述定位基站间的经纬度偏移量，根据所述定位基站的经纬度坐标，获得隧道内人员的经纬度坐标。
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