CN114245292A - 一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统，通过人员定位信息触发，进而实现生产区域危险源告警信息定向推送的系统；通过对现场人员位置数据的采集和回传，结合生产现场危险源区域的定位坐标，通过判定员工是否与危险源区域保持安全距离来实现告警提示信息的定向下发，用于提示员工进行风险规避。整个流程均由系统来进行判定及信息推送，响应智能化程度高且及时可靠，强化安全管理措施。结构简单，成本低廉，在实际生产环境中可快速部署、使用，在实现安全管控的同时，减少企业综合成本。

Description

一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统

技术领域

本发明属于矿业安全管理技术领域，具体涉及一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统。

背景技术

目前的生产型企业普遍面临安全管理压力较大的问题，面对生产现场复杂的环境与分散的人员，无法制定切实有效的管控手段和预防措施。现场工作人员的实时位置难以掌握，无法根据员工位置坐标信息推送对应的安全防护措施，做不到对现场员工进行精准的危险源信息培训和学习，安全交底浮于表面，流于形式。

伴随物联网技术的持续发展，各种技术得以集成和统一，定位技术得以与LoRa窄带无线技术进行融合，实现信息的传输和共享，结合目前企业安全管理的困境，提出新的解决方案，例如：首先通过UWB或北斗定位技术获取到员工的位置坐标，如果实时坐标与系统预先设定好的预警区域重合，则触发告警，系统将通过搭建好的无线窄带传输网络进行告警信息的推送和传输，现场人员接收到告警信息之后，务必逐项了解并学习所在区域内部的全部风险与对应防范措施，才可以进入并开展作业，通过这样的管理手段，便可以最大程度上实现安全管理手段的下沉，还有预警信息的定向推送，员工也可以对现场存在的危险源进行针对性学习，减少人身安全事故发生的概率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统，通过人员定位信息触发告警，实现危险源告警信息的自动、定向推送和精准学习，尤其针对基于UWB、北斗定位技术检测到的位置坐标与基于LoRa无线技术而实现的窄带物联网进行数据连通和信息联动模式。

本发明采用以下技术方案：

一种基于人员定位触发的危险源告警方法，包括：

定位标签采用UWB通信方式检测区域内的信标信号，计算定位标签和区域内每个信标之间的距离，确定信标的位置坐标；

定位标签向定位系统应用及数据库服务器发送信标的位置坐标，以使定位系统应用及数据库服务器解算定位标签的实时位置坐标；

当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，通过定位系统应用及数据库服务器触发告警信息。

具体的，信标至少包括三个，定位标签与信标之间通过LoRa物联网基站连接。

具体的，告警信息包括员工信息、区域名称、告警种类和学习资料信息。

进一步的，学习资料信息包括内部风险种类、对应处置措施和操作规程。

本发明的另一个技术方案是，一种基于人员定位触发的危险源告警系统，其特征在于，

检测单元，定位标签采用UWB通信方式检测区域内的信标信号，计算定位标签和区域内每个信标之间的距离，确定信标的位置坐标；

定位单元，定位标签向定位系统应用及数据库服务器发送信标的位置坐标，以使定位系统应用及数据库服务器解算定位标签的实时位置坐标；

触发单元，当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，通过定位系统应用及数据库服务器触发告警信息。

本发明的另一个技术方案是，一种基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，包括：

收到定位标签发送的信标的位置坐标，将信标的位置坐标拆包得出定位标签到每个信标的距离，以及每个信标的位置坐标信息，解算定位标签的实时位置坐标；当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，触发告警信息。

具体的，定位系统应用及数据库服务器通过信标的编号查询对应信息；通过定位标签实时位置坐标判断得出告警触发区域，完成告警信息推送。

具体的，定位系统应用及数据库服务器向对应的手机终端发送告警推送信息。

具体的，定位系统应用及数据库服务器中存储有危险区域的名称、位置坐标、危险区域范围、危险种类、处置措施和操作规程信息，并设置危险区域禁入功能或闯入报警功能。

本发明的另一个技术方案是，一种基于人员定位触发的危险源告警系统，包括：

接收单元，收到定位标签发送的信标的位置坐标，将信标的位置坐标拆包得出定位标签到每个信标的距离，以及每个信标的位置坐标信息，解算定位标签的实时位置坐标；

告警单元，当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，触发告警信息。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于人员定位触发的危险源告警方法，通过在生产现场架设UWB信标和无线传输基站，人员佩戴定位标签工卡，服务器部署定位系统服务，组合形成此方案的基础运行环境，在系统内配置维护完成现场的人员信息、危险源区域、风险种类、每种风险对应的安全处置措施、操作规程等信息，形成系统运行所需的数据基础，当佩戴定位工卡的现场人员进入危险源区域时，系统可迅速识别，快速响应，组织形成危险告警信息，并通过传输网络下发至现场人员的手机终端，提示现场人员已进入危险区域，注意自身安全防范。至此完成整个系统流程，实现基于人员定位触发的危险源安全告警的功能。

进一步的，传统的UWB定位项目均须在定位区域内加装UWB基站，须提供电源及网络线路，部分还需要安装用于网络连接的光电转换模块，存在施工难度大和施工工期长的弊端，且单个UWB基站的信号覆盖范围有限，综合成本较高。本方案通过在现场设置UWB信标和安装LoRa基站，两种产品均为电池供电、无线网络传输的方式，可免去现场布线所带来的施工，最大化减少项目实施难度，且由于采用窄带网络，单个基站覆盖范围可达10-15km，可减少项目综合成本。

进一步的，系统内维护形成的学习资料信息主要包括区域内部风险种类、对应处置措施、安全操作规程等信息，即告知现场员工“什么位置？什么风险？该怎么做？”，现场员工在接收到危险源告警学习资料信息时，可通过查看告警信息，快速掌握该区域内部的危险源信息，以及对应的安全操作步骤等，进行精准的安全培训。

进一步的，系统自动判定得出的告警内容主要包括员工ID、员工姓名、手机号码、职务、危险源区域名称、风险类型、处置措施、对应操作规程等信息，目的是当员工触发告警时，系统管理人员可以通过此告警信息关键的字段及时了解到具体情况，即“谁在哪个区域触发了什么类型的告警”，可以快速进行事态判断和处置。

进一步的，当系统判定到员工佩戴标签工卡已进入系统中标定的危险源或电子围栏区域时，应用服务器即可根据此工卡在系统中绑定的信息查找到该员工，并且定向下发告警信息，起到针对性提示作用，起到精准推送实时告警的效果。

进一步的，当系统通过算法判定标签工卡的定位信息已经进入系统中设定的危险源或电子围栏区域，则可根据系统中已存储的现场各个风险区域的名称、位置坐标、范围大小、风险种类、处置措施、操作规程等信息，快速组织形成告警推送消息，包括人员信息、区域名称、风险种类等，现场人员在接收到消息时，也可以快速进行学习掌握，精准了解所在区域的危险源以及对应的安全操作规程。

一种基于人员定位触发的危险源告警系统，整个告警系统的标签、信标、基站、服务器、手机终端各个部件协同处理，使定位数据从产生到传输，到解算再到判定位置，最后下发告警信息，数据流通准确无误，形成数据闭环，整个系统结构简单，层次明了，且所需硬件较少，安装方式简便，可以节省项目实施工期和实施成本。

进一步的，手机终端体积小巧方便携带，且借助移动终端APP可实现更多功能。当员工在手机终端上接收到此告警信息，终端可以发出告警提示音效，提醒现场员工进行消息查看，员工在学习过程中，逐项对安全操作规程进行确认并点击，可以加深员工对于危险源的认识和掌握，起到安全知识交底的作用。

进一步的，由于工卡与信标之间采用UWB的通信方式进行数据传输，其与不同信标之间的距离通过无线网络的方式获取，工卡发送数据至信标，信标再给工卡进行反馈，如此往返的时间可以被记录下来，再乘以无线数据的传输速度即可得到与信标之间的距离。至此，问题变成了“需要几组信标与工卡之间的距离，才能确定标签的实际位置？”，如果是1组值，可以以信标为圆心，距离为半径画圆，圆上的每个点都可能是标签的位置，如果是2组值，则可以分别以2个信标为圆心，分别以两个距离画圆，两个圆的交点则是标签位置，两圆相交出现2个交点，无法判定哪一个是标签的位置，因此需再加一组值，再次根据第三组中的距离值筛选，即可得到最终标签的位置，因此，信标至少需要安装三个才可以获取到标签工卡的精准位置。

综上所述，本发明可以实现对现场人员的实时位置坐标的管控，加强企业安全管理水平；通过配套应用程序可以实现对违规误入危险区域的人员进行快速定位和精准下发告警信息进行规避，极速响应；结构简单，成本低廉，在实际生产环境中可快速部署、使用，在实现安全管控的同时，减少企业综合成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施结构示意图；

图2为本发明流程示意图；

图3为本发明数据传输时延截图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于人员定位触发的危险源告警方法及系统，通过人员定位信息触发，进而实现生产区域危险源告警信息定向推送的系统；通过对现场人员位置数据的采集和回传，结合生产现场危险源区域的定位坐标，通过判定员工是否与危险源区域保持安全距离来实现告警提示信息的定向下发，用于提示员工进行风险规避。整个流程均由系统来进行判定及信息推送，响应智能化程度高且及时可靠，强化安全管理措施。

请参阅图1，本发明一种基于人员定位触发的危险源告警系统，包括：

定位标签工卡，用于通过UWB通信方式实时发送定位数据至信标，并且获取与信标之间的数据传输时间，形成定位数据包，通过LoRa传输方式上传至物联网基站；

UWB信标，用于通过UWB通信技术接收由工卡发出的实时定位数据并作出回馈，得出传输时间，用以后续进行位置解算，除此之外，信标之间的距离可对应实际地图距离，起到地图点位标记的作用；

LoRa物联网基站，用于提供工卡上报数据所需的LoRa无线传输环境，接收由工卡上传的定位标签数据，并且通过有线网络传输的方式发送至应用服务器；

应用服务器，用于部署定位应用系统服务，并且提供系统可长期运行的硬件与软件环境；

定位系统应用及数据库服务器，用于接收由基站传送的定位数据包，进行拆包操作，解算出标签工卡相对于周围信标的相对位置，再经过信标点位与地图数据的位置转换得到标签工卡的实际地图位置并进行显示，此外，还可以通过算法进行判断该工卡是否进入危险源区域，如进入危险源区域，则获取该工卡对应的人员与区域信息，触发告警，并下发至手机终端。

手机终端，用于接收由服务器下发的告警信息，并发出提示音效，提醒现场人员进行危险源告警信息的查看与学习。

通过数据库及应用软件服务器搭建、现场安装用于信号传输的物联网传输基站及若干用于位置标定和辅助定位的UWB信标，员工佩戴用于发送定位数据的定位标签工卡，携带安装有手机APP的终端设备，组成方案所需硬件环境，数据通过组建的网络进行传输。

采集并录入生产现场各个危险区域的位置坐标、区域范围与相关风险信息，通过配置，在系统上将人员信息和标签编号进行一一绑定，通过标签编号判断具体人员信息，实时采集到各个标签的位置坐标信息，掌握生产现场各个区域内的人员运动情况。

当系统检测到标签位置坐标信息已进入危险区域范围内部时，表明现场人员已进入危险区域，系统立刻生成告警信息，内容包括员工信息、位置信息。

根据定位信标回传的标签编号信息，确定与之关联的人员信息，向员工的手机终端下发告警信息，对员工进行安全提示作用，并附带有此区域内部危险源风险的辨识和学习资料，员工通过手机终端观看学习，进一步加深安全意识，掌握安全处置措施。

进一步地，此告警信息同时能够展示在系统管理页面，现场管理人员通过查看告警信息及时迅速地与现场人员进行联系，保障告警事故处置的时效性。

请参阅图2，本发明一种基于人员定位触发的危险源告警信息推送与学习方法，包括以下步骤：

首先确保生产现场已按照技术方案要求，组建完成本发明所需硬件设备及网络传输环境，软件运行所需必要条件(如生产现场的危险区域划分图及位置信息、相关危险源名称及学习资料、操作规程等，手机APP账号登录及配置完成)也已满足。

员工佩戴定位标签，在生产现场进行作业，工卡实时发送数据，获取到与周围信标之间的距离，组合形成定位数据包上传至基站，与基站以及标签之间均采用LoRa无线方式进行信号和数据传输，定位标签工卡检测到周围区域三个或以上信标信号时，通过计算得出标签此时和各信标之间的距离，并且将信标位置坐标进行上报，基站接收到数据包后，通过网络传输到服务器，服务器接收到数据包后对其进行拆包，得出标签分别到三个信标的距离，及三个信标分别的位置坐标信息，通过算法，解算出标签的相对位置坐标。由于信标安装位置与平面地图上的坐标信息已经关联，所以在图上就可以看到标签的实时位置。而标签不断地发送数据包信息，地图上的位置则可以随之发生变化，这样就实现了定位信息回传的功能，系统即可呈现员工的实时位置坐标信息。

系统危险源区域管理功能中存储有现场各个风险区域的名称、位置坐标、范围大小、风险种类、处置措施、操作规程等信息，并且将全部危险区域设置有禁入功能或闯入报警功能；员工管理功能中已将员工信息与定位标签编号进行绑定，实现“一人一号”，部署完成系统运行软件环境。

当危险源告警信息推送与学习系统检测到某定位标签工卡上的定位标签传输回的实时位置坐标已经处在某一危险区域范围内，表明佩戴此标签的对应员工已进入此危险区域，构成告警信息触发条件；

危险源告警信息推送与学习系统通过定位标签工卡上标签对应的编号在定位系统应用及数据库服务器的数据库内查询到对应员工的相关信息，如员工工号、手机号码、职位等信息；

然后通过位置坐标判断得出告警触发的区域，查询定位系统应用及数据库服务器关联字段到该区域的内部风险种类、对应处置措施、操作规程等学习资料信息；

组织完成告警信息内容：员工信息、区域名称、告警种类，推送信息内容包括：区域名称、风险种类、对应处置措施、操作规程等学习资料，再通过员工工号查询到员工APP登录账号(通常情况下二者一致)，向登录有此账号的APP终端发送告警信息，员工的手机终端接收到告警推送信息，同时手机APP发出告警提示音，提示员工此时已进入危险区域，需学习相关推送知识，员工在手机端逐学习完成并且点击确认后，方可进入此区域内部进行作业。

如此便实现了通过人员定位信息触发的告警信息推送功能。

通过对基站传输的数据报进行拆包操作，基站到服务器是有线内网传输，其传输时间是2ms，TCP双向建链时延4ms，单向2ms，具体见图3。由此可得此方案数据传输实时性高，可保障整个系统响应的速度。

综上所述，本发明一种基于人员定位触发的危险源告警系统及方法，具有以下特点：

1.通过对现场人员的实时位置坐标加以实时管控和精准化信息推送，加强企业安全管理水平；

2.配套应用程序可实现对违规误入人员异常坐标信息的快速精准定位和传输，同时结合定位基站和无线网关搭建的通信网络对现场人员进行信息推送或任务调配，或下发告警进行规避，或形成任务进行处置，极速响应，减少损失；

3.结构简单，使用方便，学习成本低，在实际生产环境中可快速部署、使用，通过安装定位基站及区域内部无线组网，同时开发配套应用程序，就可以实现该种告警推送方法，定点实施，定点投用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，包括：

定位标签采用UWB通信方式检测区域内的信标信号，计算定位标签和区域内每个信标之间的距离，确定信标的位置坐标；

定位标签向定位系统应用及数据库服务器发送信标的位置坐标，以使定位系统应用及数据库服务器解算定位标签的实时位置坐标；

当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，通过定位系统应用及数据库服务器触发告警信息。

2.根据权利要求1所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，信标至少包括三个，定位标签与信标之间通过LoRa物联网基站连接。

3.根据权利要求1所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，告警信息包括员工信息、区域名称、告警种类和学习资料信息。

4.根据权利要求3所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，学习资料信息包括内部风险种类、对应处置措施和操作规程。

5.一种基于人员定位触发的危险源告警系统，其特征在于，

检测单元，定位标签采用UWB通信方式检测区域内的信标信号，计算定位标签和区域内每个信标之间的距离，确定信标的位置坐标；

定位单元，定位标签向定位系统应用及数据库服务器发送信标的位置坐标，以使定位系统应用及数据库服务器解算定位标签的实时位置坐标；

触发单元，当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，通过定位系统应用及数据库服务器触发告警信息。

6.一种基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，包括：

收到定位标签发送的信标的位置坐标，将信标的位置坐标拆包得出定位标签到每个信标的距离，以及每个信标的位置坐标信息，解算定位标签的实时位置坐标；当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，触发告警信息。

7.根据权利要求6所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，定位系统应用及数据库服务器通过信标的编号查询对应信息；通过定位标签实时位置坐标判断得出告警触发区域，完成告警信息推送。

8.根据权利要求6所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，定位系统应用及数据库服务器向对应的手机终端发送告警推送信息。

9.根据权利要求6所述的基于人员定位触发的危险源告警方法，其特征在于，定位系统应用及数据库服务器中存储有危险区域的名称、位置坐标、危险区域范围、危险种类、处置措施和操作规程信息，并设置危险区域禁入功能或闯入报警功能。

10.一种基于人员定位触发的危险源告警系统，其特征在于，包括：

接收单元，收到定位标签发送的信标的位置坐标，将信标的位置坐标拆包得出定位标签到每个信标的距离，以及每个信标的位置坐标信息，解算定位标签的实时位置坐标；

告警单元，当定位标签的实时位置坐标处在危险区域范围时，触发告警信息。

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