CN113534171B - 一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，包括，利用激光雷达照射移动物体，通过CCD测量移动物体与激光雷达的距离C；通过旋转机构令激光雷达高速旋转，获得激光雷达扫描平面；构建平面信息图；利用矢量多边形裁剪及多边形拼接算法，将移动物体的平面信息图拆解为多个凸多边形组成的电子边界，并裁剪多余信息；利用激光雷达对激光雷达扫描平面进行自动化静态设备标记，并对标记备进行自动屏蔽；利用AHRS姿态传感器对激光雷达安装的水平度进行检测，当激光雷达出现倾斜异常后，结合聚类分析算法和UWB基站对电子边界内的移动物体进行定位和轨迹追踪；本发明能够对相关工作人员进行实时的定位和轨迹追踪。

Description

一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法
技术领域
本发明涉及雷达定位的技术领域，尤其涉及一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法。
背景技术
无人值守变电站应用现存技术以视频监控为主，将图像信息直接上传到调度中心进行监控，所存在的缺点有，变电站日常巡检、检修、作业过程中，工作人员存在疏忽的可能性，只能凭借记忆和调取视频进行人工分析和总结，图像传输的数据量大、不能实时、自主判断是否为工作人员、不能实时进行安全警报提示等。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，能够对检测空间内的移动物体进行实时检测和轨迹追踪。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，利用激光雷达照射移动物体，通过电荷耦合元件测量移动物体与激光雷达的距离C；通过旋转机构令所述激光雷达进行高速旋转运动，获得激光雷达扫描平面；根据旋转角度和所述距离C获得移动物体的平面信息图；利用矢量多边形裁剪及多边形拼接算法，将所述移动物体的平面信息图拆解为多个凸多边形组成的电子边界，并裁剪多余信息；利用激光雷达对激光雷达扫描平面进行自动化静态设备标记，并对标记的静态设备进行自动屏蔽；利用AHRS姿态传感器对激光雷达安装的水平度进行检测，当所述激光雷达出现倾斜异常后，结合聚类分析算法和UWB基站对电子边界内的移动物体进行定位和轨迹追踪。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述测量距离C包括，通过激光器发射激光，当所述激光照射到所述移动物体后，获得的反射光由电荷耦合元件接收，其依照光学路径，获得所述测量距离C。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述旋转机构为步进电机。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述多余信息为不在激光雷达扫描平面内的信息。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述倾斜异常包括，若激光雷达安装的水平度大于0.5度，则判定为所述倾斜异常。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述定位包括，将合理范围的激光点加入集合X，并将超出合理范围的激光点加入集合Y，利用聚类分析算法将不同的点进行聚类，得到移动物体的点集，将移动物体的点集分割后通过中央处理系统获得每个移动物体的坐标信息；利用坐标拼接算法将移动物体的坐标信息映射到所述电子边界，获得移动物体在电子边界内的平面坐标位置；其中，所述合理范围为激光雷达扫描平面。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述轨迹追踪包括，利用所述UWB基站对所述移动物体进行轨迹追踪。
作为本发明所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的一种优选方案，其中：所述旋转角度包括，利用角度传感器测量所述旋转角度。
本发明的有益效果：本发明通过新型的传感器技术，针对变电站内工程作业区域或危险禁入区域，检测并追踪记录进入检测区域的人员轨迹，使用高精度的三维激光雷达建立扫描空间，对检测空间内移动的人员进行实时检测；同时利用高精度的UWB(超宽带)定位装置，对相关工作人员进行实时的定位和轨迹追踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的静态设备示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的电子边界示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法的聚类结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～图3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，包括：
S1：利用激光雷达照射移动物体，通过电荷耦合元件测量移动物体与激光雷达的距离C。
通过激光器发射激光，当激光照射到移动物体后，获得的反射光由电荷耦合元件接收，其依照光学路径，获得测量距离C。
S2：通过旋转机构令激光雷达进行高速旋转运动，获得激光雷达扫描平面。
利用步进电机令激光雷达进行高速旋转运动，获得激光雷达扫描平面，同时利用角度传感器测量旋转角度。
S3：根据旋转角度和距离C获得移动物体的平面信息图。
S4：利用矢量多边形裁剪及多边形拼接算法，将移动物体的平面信息图拆解为多个凸多边形组成的电子边界，并裁剪多余信息。
其中需要说明的是，多余信息为不在激光雷达扫描平面内的信息。
建立电子边界，如图2所示，①为激光雷达，②为激光雷达扫描平面，其中，ABCDEF为组成的假想检测区域边界，该边界为凹多边形，将其转换为两个拼接的凸多边形，以获得电子边界；具体的，虚线EB将多边形分为ABEF和EBCD两部分，可以容易得到两个多边形不存在大于180°的内角，因此两个多边形都是凸多边形，P点处于ABEF和EBCD以外的一点，因此不属于激光雷达扫描平面的物体，Q点为区域内的一点，通过图多边形的矢量关系，可以得出Q为EBCD的内殿，因此属于激光雷达扫描平面的物体。
S5：利用激光雷达对激光雷达扫描平面进行自动化静态设备标记，并对标记的静态设备进行自动屏蔽。
如图1所示，①为旋转机构的安装位置，通过旋转机构对移动物体的平面信息图②进行扫描，③为圆形被监测物体、④为方形被监测物体，激光雷达通过对移动物体外轮轮廓进行测量，得到移动物体外轮廓的点集，通过CPU计算点集得到点集的最小外接圆，得到点集的圆形边界，原型边界的圆心位置代表被测物体近似位置，外接圆边界大小表示被测物体的近似尺寸，在后续步骤中对被标记的设备进行自动屏蔽。
S6：利用AHRS姿态传感器对激光雷达安装的水平度进行检测，当激光雷达出现倾斜异常后，结合聚类分析算法和UWB基站对电子边界内的移动物体进行定位和轨迹追踪。
若激光雷达安装的水平度大于0.5度，则判定为倾斜异常。
(1)定位
将合理范围的激光点加入集合X，并将超出合理范围的激光点加入集合Y，利用聚类分析算法将不同的点进行聚类，得到移动物体的点集，将移动物体的点集分割后通过中央处理系统获得每个移动物体的坐标信息；
利用坐标拼接算法将移动物体的坐标信息映射到电子边界，获得移动物体在电子边界内的平面坐标位置；
其中，合理范围为激光雷达扫描平面。
(2)轨迹追踪
利用UWB基站对移动物体进行轨迹追踪。
将工作人员当成移动物体即可实现对工作人员的实时定位与轨迹追踪，具体的，工作人员佩戴UWB标签进入检测区域，UWB基站对UWB标签进行轨迹追踪，结合平面信息图确定多个工作人员的平面坐标；多名工作人员A、B、C同时作业时，可以得到图3所示描述所有点的中心坐标P，通过聚类分析算法，得到A、B、C的点集，将点集分割后CPU通过最小外接圆求出每个工作人员的坐标点，实现定位。
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的技术方案和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
传统的技术方案通过视频监控，无法实时定位工作人员。
本实施例将采用传统的技术方案和本方法分别对某变电站的工作人员进行实时定位。
令100名工作人员佩戴UWB标签分别进入多个检测区域，其中，检测区域A共有10名工作人员，检测区域B共有20名工作人员，检测区域C共有40名工作人员，检测区域D共有15名工作人员，检测区域E共有15名工作人员；分别采用传统的技术方案和本方法对100名工作人员进行实时定位，定位结果如下表所示。
表1：定位准确率。
检测区域A 检测区域B 检测区域C 检测区域D 检测区域E
传统的技术方案 60％ 70％ 62.5％ 60％ 73.3％
本方法 100％ 100％ 100％ 100％ 100％
由上表可见，本方法能够准确定位100名工作人员，且平均定位时间为100ms。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：包括，
利用激光雷达照射移动物体，通过电荷耦合元件测量移动物体与激光雷达的距离C；
通过旋转机构令所述激光雷达进行高速旋转运动，获得激光雷达扫描平面；
根据旋转角度和所述距离C获得移动物体的平面信息图；
利用矢量多边形裁剪及多边形拼接算法，将所述移动物体的平面信息图拆解为多个凸多边形组成的电子边界，并裁剪多余信息；
利用激光雷达对激光雷达扫描平面进行自动化静态设备标记，并对标记的静态设备进行自动屏蔽；
利用AHRS姿态传感器对激光雷达安装的水平度进行检测，当所述激光雷达出现倾斜异常后，结合聚类分析算法和UWB基站对电子边界内的移动物体进行定位和轨迹追踪。
2.如权利要求1所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述距离C包括，
通过激光器发射激光，当所述激光照射到所述移动物体后，获得的反射光由电荷耦合元件接收，其依照光学路径，获得所述距离C。
3.如权利要求1所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述旋转机构为步进电机。
4.如权利要求1或3所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述多余信息为不在激光雷达扫描平面内的信息。
5.如权利要求4所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述倾斜异常包括，
若激光雷达安装的水平度大于0.5度，则判定为所述倾斜异常。
6.如权利要求5所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述定位包括，
将合理范围的激光点加入集合X，并将超出合理范围的激光点加入集合Y，利用聚类分析算法将不同的点进行聚类，得到移动物体的点集，将移动物体的点集分割后通过中央处理系统获得每个移动物体的坐标信息；
利用坐标拼接算法将移动物体的坐标信息映射到所述电子边界，获得移动物体在电子边界内的平面坐标位置；
其中，所述合理范围为激光雷达扫描平面。
7.如权利要求1或6所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述轨迹追踪包括，
利用所述UWB基站对所述移动物体进行轨迹追踪。
8.如权利要求7所述的适用于变电站的感应雷达电子围栏及定位追踪方法，其特征在于：所述旋转角度包括，
利用角度传感器测量所述旋转角度。
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