WO2023035341A1 - 用于地铁工地的三维定位方法、系统及介质 - Google Patents

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positioning
coordinates
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uwb base
base station
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陈可
刘绥美
谭远良
吴友兴
杨梦柳
刘祥
章龙管
李开富
刘招华
王奇彬
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中铁工程服务有限公司
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    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices

Definitions

  • the positioning of production personnel and equipment is a major focus of personnel safety management.
  • the positioning of production personnel and equipment is the basis. Therefore, there are more and more demands to realize the positioning of personnel and equipment in the whole area of the construction site shaft.
  • the current UWB positioning system established in the environment of the subway production plant has the following defects: First, it is difficult for UWB technology to realize three-dimensional space display in a three-dimensional environment. Second, due to the complex environment of the construction site in practical applications, there are multiple occlusions and occasional occlusions that cause signal reflections and cause abnormalities in the collected data, which may lead to errors in the calculated positioning results. Therefore, on the basis that the positioning of production personnel and equipment cannot meet the requirements, the early warning system in the subway construction site cannot issue early warnings in a timely and accurate manner, which is not conducive to the safety of production personnel.
  • This application proposes a three-dimensional positioning method, system and medium for subway construction sites.
  • the technical scheme of the application is as follows:
  • the position record of the positioning tag in each of the cube grids is sequentially determined, including : S1: According to the coordinates of the selected UWB base station and the coordinates of the center point of any cube grid, calculate the distance between each of the selected UWB base stations and the center point of any cube grid, and calculate the distance between each of the selected UWB base stations Add the distance between the selected UWB base station and the center point of any cube grid to obtain the first distance; S2: Calculate the sum of the ranging data sent by each of the selected UWB base stations to obtain the second distance Distance; S3: Calculate the absolute value of the difference between the first distance and the second distance, and compare the absolute value with the side length of the cube grid; S4: If the absolute value is smaller than the cube The side length of the grid, then add one to the position record of any cube
  • voting according to the position records of each of the cube grids includes: combining the position records of each of the cube grids to vote for the cube grid where the positioning tag is located; The small cube grid with half the number of votes is determined as the target cube grid where the positioning tag is located; the coordinates of the center point of the target cube grid are used as the conclusion coordinates of the positioning tag.
  • the method further includes: if the number of votes obtained by each small cube grid is less than half of the total votes, then accumulating the adjacent nine cube grids to obtain multiple voting areas, and counting each Vote in the above voting areas, and use the coordinates of the center point of the voting area with the highest number of votes as the conclusion coordinates of the positioning label
  • determining the first warning area includes: determining the real-time position, traveling direction and traveling speed of the first positioning tag according to the coordinates of the first positioning tag; The real-time position, direction and speed of the tag calculate the dynamic warning area at different times.
  • using the second preset number of UWB base stations to locate a plurality of second positioning tags in the tunnel area includes: establishing a coordinate system corresponding to the tunnel area, and determining the The coordinates of each UWB base station in the tunnel area in the coordinate system; control each UWB base station in the tunnel area to measure a plurality of second positioning tags; according to the measurement of each UWB base station in the tunnel area The distance data and the coordinates are used to calculate the coordinates of each second positioning tag respectively.
  • the multiple second positioning tags include a rail car tag and a driver tag
  • the judging whether the rail car slips according to the positioning data of the multiple second positioning tags includes: according to the rail car tag and The coordinates of the driver tag, calculating the direction information, speed information and distance information of the rail car tag and the driver tag; Whether the rail car is slipping or not.
  • determining the second early warning area includes: determining the real-time position, traveling direction and traveling speed of the rail car tag according to the coordinates of the rail car tag; The position, direction of travel and speed of travel are used to calculate the dynamic warning area at different times.
  • alerting people in the first early warning area includes: controlling an acousto-optic alarm in the dynamic early warning area to give an alarm; and sending an alarm signal to the positioning tags of the people in the dynamic early warning area.
  • a three-dimensional positioning system for a subway construction site including:
  • the first determining module is used to establish a three-dimensional coordinate system corresponding to the shaft area of the subway construction site, and respectively arrange a corresponding number of ultra-wideband UWB base stations in different layers of the shaft area, and determine the coordinates of each of the UWB base stations;
  • a ranging module configured to measure the distance of the positioning tag through each of the UWB base stations, and send the ranging data to the main base station for summarization;
  • a screening module configured to filter out error data from the summarized original distance data and discard the error data
  • the second determination module is used to divide the three-dimensional coordinate system into a plurality of equal cube grids, determine the center point coordinates of each cube grid, and select a preset number of UWB base stations from the set base stations according to the screening results , according to the coordinates of the selected UWB base station and the corresponding ranging data, and the center point coordinates of each of the cube grids, sequentially determine the location record of the positioning tag in each of the cube grids;
  • a non-transitory computer-readable storage medium storing computer instructions, wherein the computer instructions are used to make the computer execute the method described in the first aspect of the embodiments of the present application.
  • a 3D positioning method for subway construction sites A 3D positioning method for subway construction sites.
  • FIG. 1 is a schematic flow diagram of a three-dimensional positioning method for a subway construction site provided according to an embodiment of the present application
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an arrangement of a UWB base station in a shaft area according to an embodiment of the present application
  • Fig. 3 is a schematic diagram of determining the distance between the UWB base station and each vertex of the shaft area according to the embodiment of the present application;
  • Fig. 4 is a schematic diagram of dividing shaft areas according to an embodiment of the present application.
  • Fig. 5 is a schematic flowchart of a specific three-dimensional positioning method used in a shaft of a subway construction site according to an embodiment of the present application;
  • Fig. 10 is a schematic flow chart of a specific method for judging whether a rail car is slipping according to an embodiment of the present application
  • Fig. 11 is a schematic structural diagram of a three-dimensional positioning system for a subway construction site according to an embodiment of the present application.
  • S101 Establish a three-dimensional coordinate system corresponding to the shaft area of the subway construction site, and set a corresponding number of UWB UWB base stations in different layers of the shaft area, and determine the coordinates of each UWB base station.
  • the number of UWB base stations set in each layer of the shaft area can be determined according to the requirements for the accuracy of three-dimensional positioning and the estimated cost and other factors, and ensure that there are 4 visible base stations at each position in each layer
  • the above that is, each position can be covered by the signals of more than 4 UWB base stations
  • the specific setting method is not limited here.
  • the origin in the shaft area first set the origin in the shaft area and establish an XYZ three-dimensional coordinate system corresponding to the shaft area based on the origin.
  • the setting method of the origin can be determined according to actual needs.
  • the lower left vertex of the region is the origin, etc.
  • the installed UWB The base station determines the precise coordinates of each base station in the coordinate system through methods such as laser ranging or cross calculation.
  • each UWB base station can simultaneously measure the distance of each positioning tag.
  • the ranging data corresponding to the tag locates each positioning tag separately.
  • the three-dimensional coordinate system is first divided into a plurality of equal cube grids, wherein the side length and quantity of the cube grids can be determined according to the length of the coordinate axes and the positioning accuracy, such as , divide the three-dimensional coordinate system into a plurality of cube grids with a side length of 10 cm, and then determine the coordinates of the center point of each cube grid that is divided.
  • the conclusion coordinates of the positioning label can also be displayed in the shaft of the subway construction site, so that other personnel can know the location of the positioning label or give an early warning.
  • the determinable conclusion coordinates of the positioning tag are sent to the smart construction site system in the shaft area, and the three-dimensional coordinates of the positioning tag are displayed on the display screen of the smart construction site system.
  • Fig. 5 is a schematic flowchart of a specific three-dimensional positioning method used in a shaft of a subway construction site according to an embodiment of the present application. Shown with reference to Fig. 5, this method comprises:
  • the first combination is first selected, that is, to select base station A, base station B and base station C, and determine that the coordinates of base station A are (xa, ya, za), and the coordinates of base station B are (xb, yb, zb), the coordinates of base station C are (xc, yc, zc).
  • S502 Calculate a sum of ranging data sent by each selected UWB base station to obtain a second distance.
  • S503 Calculate the absolute value of the difference between the first distance and the second distance, and compare the absolute value with the side length of the cube lattice.
  • the position record of the positioning tag in the current cube grid is determined, and then each divided cube is divided by the above method
  • the grid is judged, and the position record of the positioning label in each cube grid is determined in turn.
  • the three-dimensional positioning method used in the shaft of the subway construction site according to the coordinates of the selected UWB base station and the corresponding ranging data, and the coordinates of the center point of each cube grid, sequentially determine the position of the positioning tag on each cube grid
  • the position record through the location record of the positioning tag in each cube grid, reflects the probability of the positioning tag in each cube grid, and then facilitates the subsequent voting based on the calculated probability of the positioning tag in each cube grid to determine the final position of the positioning tag.
  • the safety hoisting in this application can be set in each window of the shaft area, and the hook equipment can be used to move and operate between the layers of the shaft area to ensure that the equipment or construction to be installed Equipment for installing and moving materials, utensils, etc.
  • Multiple safety hoists can be set in the shaft area, and the hoisting area of each safety hoist can be determined according to actual construction needs, for example, the area in the window as shown in Figure 7 can also cover other positions in the shaft area.
  • a plurality of first positioning tags can be positioned at the same time. For example, as shown in FIG.
  • each UWB base station can measure the distance of each positioning tag at the same time, and then position each positioning tag according to the ranging data corresponding to each positioning tag.
  • S603 Determine a first warning area according to the positioning data of the first positioning tag, and send an alarm to people in the first warning area.
  • each UWB base station is controlled to perform distance measurement on multiple positioning tags.
  • the UWB base station measures the distance between the UWB base station and the positioning tag by sending a non-sine wave narrow pulse signal to the positioning tag.
  • the distance between the UWB base station and each positioning tag can be obtained respectively. distance data.

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Abstract

本申请提出一种用于地铁工地的三维定位方法、系统及介质，该方法包括：建立与竖井区域对应的三维坐标系，并确定在竖井的不同层中设置的超宽带UWB基站的坐标；通过每个UWB基站对定位标签进行测距，从汇总后的数据中筛选出误差数据并丢弃；将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录；根据每个格子的位置记录进行投票，确定定位标签的结论坐标。

Description

用于地铁工地的三维定位方法、系统及介质
相关申请的交叉引用
本申请要求中铁工程服务有限公司成都大成胜丰科技有限公司于2021年09月08日提交的、发明名称为“用于地铁工地竖井内的三维定位方法、系统及介质”的、中国专利申请号“202111047019.8”的优先权，要求中铁工程服务有限公司成都大成胜丰科技有限公司于2021年09月08日提交的、发明名称为“基于UWB定位的轨道车溜车预警方法、系统及介质”的、中国专利申请号“202111047030.4”的优先权，以及要求中铁工程服务有限公司成都大成胜丰科技有限公司于2021年09月08日提交的、发明名称为“基于UWB定位的安全吊装预警方法、系统及介质”的、中国专利申请号“202111046982.4”的优先权。
技术领域
本申请涉及室内三维定位检测技术领域，尤其涉及一种用于地铁工地的三维定位方法、系统及介质。
背景技术
目前，在各类施工工地内，尤其是地铁隧道施工工地的竖井区域，对生产人员及设备的定位是人员安全管理的一大重点，针对地铁隧道施工工地内的各种预警事件，都需要以生产人员及设备的定位为基础，因此，实现工地竖井内全区域人员及设备定位的需求也越来越多。
在相关的各种定位技术中，超宽带(Ultra Wide Band，简称UWB)技术是一种利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的无线通信方式，该技术采用高带宽、快速脉冲的方式，基于测距实现定位，具有精度高、功耗低、易部署、抗干扰强等优点，相比其他采用接收的信号强度指示(RSSI)方式的定位技术，适用性更广、精度更高。
然而，目前地铁生产厂区环境中建立的UWB定位系统存在以下缺陷：第一，在立体环境中UWB技术实现三维空间显示比较困难，对于竖井区域等具有多层的立体环境，只能在每一个层中分别进行定位，无法跨越多个层进行定位；第二，由于实际应用中工地现场环境复杂，存在多重遮挡及偶然遮挡致使信号反射而引起采集数据异常，可能导致计算出的定位结果错误。因此，在对生产人员及设备的定位无法满足要求的基础上，地铁施工工地内的预警系统也无法及时准确的发出预警，不利于生产人员的安全。
发明内容
本申请提出一种用于地铁工地的三维定位方法、系统及介质。本申请的技术方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提出一种用于地铁工地的三维定位方法，包括：
建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在所述竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个所述UWB基站的坐标；
通过每个所述UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总；
从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃所述误差数据；
将所述三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个所述正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录；
根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标。
在一些实施例中，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录，包括：S1：根据所述选取的UWB 基站的坐标和任一正方体格子的中心点坐标，计算每个所述选取的UWB基站与所述任一正方体格子的中心点间的距离，并将每个所述选取的UWB基站与所述任一正方体格子的中心点间的距离相加，以获得第一距离；S2：计算每个所述选取的UWB基站发送的测距数据的和，以获得第二距离；S3：计算所述第一距离与所述第二距离的差的绝对值，并比较所述绝对值与所述正方体格子的边长的大小；S4：若所述绝对值小于所述正方体格子的边长，则所述任一正方体格子位置记录加一。
在一些实施例中，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录，还包括：确定从设置的基站中选取预设数量的UWB基站的各个排列组合，针对每种组合依次选取对应的UWB基站，并重复执行步骤S1至步骤S4，以确定每种组合下的所述任一正方体格子位置记录是否加一；计算所述任一正方体格子累计的位置记录。
在一些实施例中，根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，包括：结合每个所述正方体格子的位置记录对所述定位标签所在的正方体格子进行投票；将得票数大于总票数的一半的正方体小格子确定为所述定位标签所在的目标正方体格子；以所述目标正方体格子的中心点坐标为所述定位标签的结论坐标。
在一些实施例中，该方法还包括：若每个正方体小格子的得票数均小于总票数的一半，则将临近的9个正方体格子进行累加，以获得多个投票区域，并对每个所述投票区域进行投票，以得票数最高的投票区域的中心点坐标为所述定位标签的结论坐标
在一些实施例中，竖井区域包括顶层和中板层，所述在竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，包括：在所述顶层的每个窗口中的选择一组对角，在选择的每个角上设置一台UWB基站；在所述中板层的每个窗口的每个角上设置一台UWB基站。
在一些实施例中，从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据，包括：确定任一UWB基站与所述竖井区域的各个顶点间的距离中的最大距离；比较所述任一UWB基站传输的测距数据与所述最大距离的大小；若所述任一UWB基站传输的测距数据大于所述最大距离，则确定所述测距数据为误差数据。
在一些实施例中，定位标签包括安装在吊装的吊钩设备上的第一定位标签，所述根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标之后，还包括：在所述竖井区域内设置第一预设数量的声光告警器；根据所述第一定位标签的定位数据确定第一预警区域，并向所述第一预警区域内的人员进行告警。
在一些实施例中，确定第一预警区域，包括：根据所述第一定位标签的坐标确定所述第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度；根据当前时刻，以及所述第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
在一些实施例中，根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标之后，还包括：在所述地铁工地的隧道区域内设置第二预设数量的UWB基站和第三预设数量的声光告警器；通过所述第二预设数量的UWB基站对所述隧道区域内的多个第二定位标签进行定位，以获取所述多个第二定位标签的定位数据；在后台管理系统虚拟仿真出所述隧道区域内的施工现场；根据所述多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，若所述轨道车溜车，则确定第二预警区域，并向所述第二预警区域内的人员进行告警。
在一些实施例中，通过所述第二预设数量的UWB基站对所述隧道区域内的多个第二定位标签进行定位，包括：建立与所述隧道区域对应的坐标系，并确定所述隧道区域内的每个UWB基站在坐标系内的坐标；控制所述隧道区域内的每个UWB基站对多个第二定位标签进行测距；根据所述隧道区域内的每个UWB基站的测距数据和坐标分别计算每个所述第二定位标签的坐标。
在一些实施例中，多个第二定位标签包括轨道车标签和司机标签，所述根据所述多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，包括：根据所述轨道车标签和所述司机标签的坐标，计算所述轨道车标签和所述司机标签的方向信息、速度信息和距离信息；根据所述轨道车标签和所述司机标签的方向信息、速度信息和距离信息判定所述轨道车是否溜车。
在一些实施例中，确定第二预警区域，包括：根据所述轨道车标签的坐标确定所述轨道车标签的实 时位置、行进方向和行进速度；根据当前时刻，以及所述轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
在一些实施例中，向第一预警区域内的人员进行告警，包括：控制动态预警区域内的声光告警器进行告警；向处于动态预警区域内的人员的定位标签发送告警信号。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种用于地铁工地的三维定位系统，包括：
第一确定模块，用于建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在所述竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个所述UWB基站的坐标；
测距模块，用于通过每个所述UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总；
筛选模块，用于从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃所述误差数据；
第二确定模块，用于将所述三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个所述正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录；
投票模块，用于根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行本申请实施例的第一方面所述的用于地铁工地的三维定位方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例提供的一种用于地铁工地的三维定位方法的流程示意图；
图2是根据本申请实施例提供的一种UWB基站在竖井区域中的设置方式的示意图；
图3是根据本申请实施例提供的确定UWB基站与竖井区域的各个顶点间的距离的示意图；
图4是根据本申请实施例提供的划分竖井区域的示意图；
图5是根据本申请实施例提供的一种具体的用于地铁工地竖井内的三维定位方法的流程示意图；
图6是根据本申请实施例提供的一种基于UWB定位的安全吊装预警方法的流程示意图；
图7是根据本申请实施例提供的一种具体的安全吊装的设置方式的示意图；
图8是根据本申请实施例提供的一种具体的向预警区域内的人员进行告警的方法的流程示意图；
图9是根据本申请实施例提供的一种基于UWB定位的轨道车溜车预警方法的流程示意图；
图10是根据本申请实施例提供的一种具体的判断轨道车是否溜车的方法的流程示意图；
图11是根据本申请实施例提供的一种用于地铁工地的三维定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
其中，需要说明的是，本申请实施例的用于地铁工地的三维定位方法的执行主体可以为申请提出的用于地铁工地的三维定位系统，该系统可以由软件和/或硬件的方式实现，该系统可以配置在电子设备中，电子设备可以包括但不限于终端、服务器端等。
下面参考附图描述本申请实施例的用于地铁工地的三维定位方法和系统。
图1是根据本申请实施例提供的一种用于地铁工地的三维定位方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S101：建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个UWB基站的坐标。
其中，在竖井区域的各个层中设置的UWB基站的数量可以根据对三维定位的精确度的要求和预计的成本等因素确定，并确保每个层中的每个位置的可视基站是4台以上(即每个位置均可被4台以上的UWB基站的信号覆盖)，以满足三维定位基础要求即可，具体的设置方式此处不做限制。
在本申请一个实施例中，若地铁工地隧道内的竖井区域包括顶层、中板层和低层三个层，且每个层对应位置上设置了四个窗口，则如图2所示，作为一种示例，可以在顶层的每个窗口中的选择一组对角，在选择的每个角上设置一台UWB基站，并在中板层的每个窗口的每个角上设置一台UWB基站，即顶层(地面层)设置8个，中板层安装16台。由此，在低层不设置UWB基站的情况下，实现三个层每个位置可视基站在4台以上，在满足准确的三维定位的基础上节约了成本。
具体实施时，先在竖井区域内设置原点并基于原点建立与竖井区域对应的XYZ三维坐标系，原点的设置方式可以根据实际需求确定，比如，以竖井区域的中心点为原点，或者，以竖井区域的左下角的顶点为原点等。然后，通过上述方式在竖井区域的不同层中分别设置完成对应数量的超宽带UWB基站后，确定每个基站在建立的坐标系内的坐标，作为一种可能的实现方式，可以将安装的UWB基站通过激光测距或交叉计算等方法确定各个基站在坐标系内的精确坐标。
S102：通过每个UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总。
其中，定位标签是设置在待定位的人员或设备上的可与UWB基站进行交互的设备，比如，定位标签可设置在施工人员的安全帽上，或者，定位标签可设置在竖井区域内的吊装设备的吊头上。在本申请中，将定位标签的坐标近似为待定位的人员或设备的坐标，通过确定定位标签在竖井区域对应的三维坐标系内的坐标，实现对人员或设备的三维定位。
其中，设置的UWB基站包括主基站和从基站，主基站可以和交换机等设备通信，以传输各UWB基站测得的数据。
具体的，设置的每个UWB基站通过发送非正弦波窄脉冲信号至定位标签的方式，测定本基站与定位标签之间的距离，进而每个UWB基站将测得的本基站与定位标签之间的距离(即测距数据)输出至主基站中进行汇总。
需要说明的是，本申请实施例中可同时对多个定位标签进行定位，即存在多个待定位的定位标签时，每个UWB基站可同时对各个定位标签进行测距，后续根据每个定位标签对应的测距数据分别对每个定位标签进行定位。
S103：从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃误差数据。
其中，主基站汇总每个基站传输的测距数据后，获得各个UWB基站测得的原始距离数据，并且可通过交换机将原始距离数据传输至后台设备进行后续的计算，比如，传输至本申请实施例的三维定位系统的边缘计算层。
其中，误差数据是UWB基站测得的错误的距离数据，比如，由于UWB基站发送的信号被障碍物反射后，测量的与定位标签的距离大于实际距离，又比如，UWB基站在定位标签不在竖井区域内时测量的与与定位标签的距离等。
具体筛选误差数据时，在本申请一个实施例中，先确定每个UWB基站在竖井区域内可测得的准确的测距数据的最大阈值，作为一种示例，如图3所示，根据基站的坐标和竖井区域的各个顶点的坐标，确定每个UWB基站与竖井区域的各个顶点间的距离，然后比较各个距离，以其中的最大距离为当前基站可测得的准确的测距数据的最大阈值。然后比较每个UWB基站传输的测距数据与各基站对应的最大距离的大小，若任一UWB基站传输的测距数据大于其对应的最大距离，则确定该UWB基站当前的测距数据为误差数据。
S104：将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录。
其中，位置记录表示定位标签的位置处于当前正方体格子的概率。而选取的UWB基站的数量根据 可以准确的确定定位标签的坐标确定，比如，根据3台UWB基站的数据可以确定定位标签在每个方体格子的概率时，则从设置的所有基站中选取3台。
在本申请的一个实施例中，如图4所示，先将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，其中，可根据坐标轴的长度和定位精度确定正方体格子的边长和数量，比如，将三维坐标系划分为多个边长为10cm的正方体格子，再确定划分出的每个正方体格子的中心点坐标。然后，以经过筛选的测距数据为输入，即将传输了误差数据的基站剔除后，从剩余的全部基站中选取预设数量的UWB基站，并确定选取的UWB基站在坐标系中的坐标，根据选取的基站的坐标和每个正方体格子的中心点坐标，计算选取的基站至每个正方体格子的中心点的距离，将该距离与输入的测距数据进行比较，确定定位标签在每个正方体格子的位置记录。
S105：根据每个正方体格子的位置记录进行投票，以确定定位标签的结论坐标。
在本申请一个实施例中，在确定定位标签在每个正方体格子的位置记录后，结合每个正方体格子的位置记录，以及每个正方体格子的历史投票成功记录和定位标签的历史定位坐标等各种参数，投票确定定位标签所在的正方体格子。
具体可通过本申请的用于地铁工地竖井内的三维定位系统中的投票模块获取上述各种参数后，对上一步确定的每个可能包含定位标签的正方体格子进行投票，将得票数大于总票数的一半的正方体小格子确定为定位标签所在的目标正方体格子，即单个小格子得票半数以上的为成功投票，并以目标正方体格子的中心点坐标为定位标签最终的结论坐标，从而实现对定位标签在竖井区域中的三维定位。
可选地，在一些实施例中，若出现每个正方体格子得票均小于半数的场景，则扩大投票的选区，比如，将划分为多个正方体格子中临近的9个正方体格子进行累加，生成边长为原正方体格子3倍的正方体投票区域，从而对正方体格子累加后获得多个投票区域，并对每个投票区域进行投票，以得票数最高的投票区域的中心点坐标为定位标签的结论坐标。
需要说明的是，通过上述步骤确定定位标签的结论坐标后，还可以在地铁工地竖井内显示定位标签的结论坐标，便于其他人员知晓定位标签所处位置，或进行预警。作为一种示例，可确定的定位标签的结论坐标发送给竖井区域的智慧工地系统，在智慧工地系统的显示屏上显示定位标签的三维坐标。
综上所述，本申请实施例的用于地铁工地竖井内的三维定位方法，建立与竖井区域对应的三维坐标系，并确定在竖井的不同层中设置的超宽带UWB基站的坐标，通过每个UWB基站对定位标签进行测距，从汇总后的数据中筛选出误差数据并丢弃，将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录，根据每个格子的位置记录进行投票，确定定位标签的结论坐标。该方法根据UWB高精度定位数据对划分的每个采样区域进行筛选、投票得出待定位的标签的坐标，可在竖井整体的三维空间内进行定位，即当人员及设备处在竖井的不同层时可统一进行定位，实现了竖井的全区域内无缝覆盖的效果，扩展了可定位的区域，并且，降低了障碍物遮挡信号等实际因素对定位的影响，提高了定位的准确性。
为了更加清楚的说明本申请确定定位标签在每个正方体格子的位置记录的具体实现方式，本申请还提出了一种具体的用于地铁工地竖井内的三维定位方法。
图5是根据本申请实施例提供的一种具体的用于地铁工地竖井内的三维定位方法的流程示意图。参考图5所示，该方法包括：
S501：根据选取的UWB基站的坐标和任一正方体格子的中心点坐标，计算每个选取的UWB基站与任一正方体格子的中心点间的距离，并将每个选取的UWB基站与任一正方体格子的中心点间的距离相加，以获得第一距离。
在本申请的实施例中，先从全部的正方体格子中任意选取一个正方体格子来确定它的位置记录，再从设置的全部UWB基站中选取预设数量的UWB基站，并确定选取的任一正方体格子的中心点坐标和选取的UWB基站的坐标。
需要说明的是，从设置的全部UWB基站中选取预设数量的UWB基站存在多种选取方法，本申请针对可选取的每一种组合，依次确定定位标签在当前正方体格子的位置记录。因此，本申请在选取预设 数量的UWB基站前，确定从设置全部的基站中选取预设数量的UWB基站的各个排列组合，先从中选取任一中组合。
举例而言，以坐标系原点所在的正方体格子为当前选取的小格子1，确定其坐标为(x1,y1,z1)。若在竖井区域中设置了5个基站，选取的基站的预设数量为3，则存在
Figure PCTCN2021121465-appb-000001
种选取方式，本实施例先选取第一种组合，即选取基站A、基站B和基站C，并确定基站A的坐标为(xa,ya,za)，基站B的坐标为(xb,yb,zb)，基站C的坐标为(xc,yc,zc)。
进一步的，通过两点间的距离公式计算每个选取的UWB基站与任一正方体格子的中心点间的距离，再将计算出的各个距离相加。
继续参照上述示例，通过下述方式计算选取的UWB基站与正方体格子的中心点间的第一距离：
Figure PCTCN2021121465-appb-000002
S502：计算每个选取的UWB基站发送的测距数据的和，以获得第二距离。
具体的，获取选取的各个UWB基站发送的测距数据，即定位标签到本基站距离数据，继续参照上述示例，定位标签到基站A的距离是La，到基站B的距离是Lb，到基站C的距离是Lc，再将La、Lb和Lc相加得到第二距离。
S503：计算第一距离与第二距离的差的绝对值，并比较绝对值与正方体格子的边长的大小。
S504：若绝对值小于正方体格子的边长，则任一正方体格子位置记录加一。
继续参照上述示例，当划分的正方体格子的边长为10cm时，通过下述方式进行比较：
Figure PCTCN2021121465-appb-000003
即，若上述不等式成立，则确定小格子1在基站A、基站B和基站C的组合下的位置记录加一。
更进一步的，在判定完当前的基站组合后，针对剩余的每种组合依次选取对应的UWB基站，并重复执行步骤S1至步骤S4，以确定每种组合下的小格子1的位置记录是否加一。比如，针对上述示例中的
Figure PCTCN2021121465-appb-000004
种排列组合中每一种组合，均通过步骤S1至步骤S4进行确定该种组合下的小格子1的位置记录是否加一。在所有组合均执行完后，统计位置记录最终的累加值，计算出正方体格子累计的位置记录。
由此，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及任一正方体格子的中心点坐标，确定了定位标签在当前正方体格子的位置记录，再通过上述方式对划分出的每个正方体格子进行判断，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录。
本申请实施例的用于地铁工地竖井内的三维定位方法，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录，通过定位标签在每个正方体格子的位置记录反映定位标签在每个正方体格子的概率，进而便于后续结合计算出的定位标签在每个正方体格子的概率进行投票，以确定定位标签的最终结论坐标，该方式降低了障碍物遮挡致使定位信号反射等因素对定位结果的影响，可以在实际应用中存在障碍物的影响下提高对标签进行三维定位的准确性，增强了本申请的用于地铁工地竖井内的三维定位方法的实用性和可靠性。
在本申请的一些实施例中，根据对多个定位标签进行定位后确定出的坐标，可以对地铁施工工地内的各种危险事件进行预警，保证施工人员的安全，比如，对竖井区域内的安全吊装工作时吊头的移动进行预警，或者对隧道内轨道车溜车时进行预警。下面以两个具体的实施例进行说明。
图6是根据本申请实施例提供的一种基于UWB定位的安全吊装预警方法的流程示意图，如图6所示，该方法包括：
S601：在竖井区域内设置第一预设数量的声光告警器。
需要说明的是，如图7所示，本申请中的安全吊装可以是设置在竖井区域的各个窗口中，通过吊钩设备在竖井区域的各个层间移动和操作，以对待安装的设备或施工材料、器具等进行安装和移动的设备。在竖井区域内可设置多个安全吊装，各安全吊装工作时的吊装区域可以根据实际施工需要确定，比如，如图7中所示的窗口内的区域，也可以覆盖竖井区域中的其他位置。
其中，由于安全吊装设备位于竖井区域内，可以通过上述实施例中所述的在竖井区域设置的UWB基站对安全吊装的吊钩进行定位，进而根据定位结果对进行对吊装的预警。而在竖井区域内设置的声光告警器的第一预设数量，根据声光告警器的间隔和竖井区域的体积确定，比如，根据预警系统预警的精确性要求确定每个预警区域的范围为80米，则隔80米设置一台声光告警器，再根据竖井区域的尺寸确定需要安装的声光告警器的数量。
S602：通过每个UWB基站对安装在吊钩设备上的第一定位标签进行定位，以获取第一定位标签的定位数据。
其中，通过UWB基站对安装在吊钩设备上的第一定位标签进行定位的具体实现方式可参照上述实施例的描述，此处不再赘述。
需要说明的是，本申请实施例中可同时对多个第一定位标签进行定位，比如，如图7所示，竖井内存在第一安全吊装10和第二安全吊装20，则存在两个待定位的第一定位标签时，每个UWB基站可同时对各个定位标签进行测距，后续根据每个定位标签对应的测距数据分别对每个定位标签进行定位。
S603：根据第一定位标签的定位数据确定第一预警区域，并向第一预警区域内的人员进行告警。
在本申请的实施例中，在安全吊装工作时先确定吊钩设备将要移动的区域，以该区域为需要向区域内的人员进行告警的第一预警区域。
作为一种可能的实现方式，首先根据定位标签的坐标确定定位标签的实时位置、行进方向和行进速度。具体的，根据安装在吊钩设备上的标签的坐标可以确定吊钩设备当前在竖井区域内的具体位置，比如，在竖井的中板层中的第一区域等，并通过不同时刻下定位标签的坐标的变化，可以计算出定位标签的行进方向和行进速度，比如，若第一秒时定位标签的坐标为(10，50，100)，第二秒时定位标签的坐标为(50，50，100)，则可计算出定位标签的行进速度为40，且行进方向为沿坐标系X轴的方向。
然后，根据当前时刻，以及轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。具体的，在确定轨道车标签在当前时刻下的实时位置、行进方向和行进速度后，通过速度乘以时间可以确定吊钩设备沿当前行进方向在后续不同时刻下移动到的位置，进而根据不同时刻下吊钩设备的位置划分出其影响的范围，确定不同时刻下的动态预警区域。
更进一步的，向确定出的第一预警区域内的人员进行告警，可以在吊钩设备还未移动到第一预警区域时提醒区域内的人员提前撤离该区域。
作为一种可能的实现方式，如图8所示，本申请实施例提供的一种具体的向预警区域内的人员进行告警的方法，包括：
步骤801：智慧工地系统确定动态预警区域内人员标签和声光告警器ID，并反馈给定位引擎系统。
具体的，本实施例中，各个UWB基站通过定位基站的总线和交换机，与计算层的定位引擎系统相连，各个声光告警器可通过交换机与定位引擎系统相连，定位引擎系统再与业务层的智慧工地系统相连，以实现数据传输。智慧工地系统综合分析各个定位标签中的人员标签的坐标以及各个声光告警器的坐标，筛选出位于动态预警区域内的人员标签和声光告警器的ID，并反馈给定位引擎系统。
步骤802：定位引擎系统控制动态预警区域内的声光告警器进行告警。
具体的，定位引擎系统根据声光告警器的ID，向相应的声光告警器发送指令，控制声光告警器向周围区域发出声光形式告警，比如，控制动态预警区域内的声光告警器1和声光告警器2闪烁灯光和输出警铃等。
步骤803：定位引擎系统向人员标签发送告警信息。
具体的，定位引擎系统向动态预警区域内的人员的定位标签发送告警指令，使相应人员的定位标签震动，并向相应人员的定位标签或关联的移动设备发送文字提示信息等。
由此，将吊钩设备移动过程中的轨迹范围提前示警通知到在危险区域进行生产逗留的人员，使相关人员提前做出响应离开危险区域。
本申请实施例的基于UWB定位的安全吊装预警方法，根据定位精度更高的UWB技术对安装在吊钩设备上的定位标签进行定位，可以准确的确定吊钩设备的坐标，进而在安全吊装工作时可以准确的计算出实时的动态预警区域，并提前向危险区域内的人员预警，提高了对安全吊装预警的时效性和准确性，进一步保证了人员安全。
图9是根据本申请实施例提供的一种基于UWB定位的轨道车溜车预警方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括：
S901：在地铁工地的隧道区域内设置第二预设数量的超宽带UWB基站和第三预设数量的声光告警器。
其中，在隧道区域设置的UWB基站和声光告警器的数量可以根据对预警系统预警的精确性和实时性的要求，以及预计的成本等因素确定，具体的设置方式此处不做限制，其中，需要确保隧道区域内每个定位标签可同时位于三台UWB基站的采样覆盖范围内，即由三台UWB基站对同一定位标签进行定位，以实现准确定位的基础。
其中，设置的UWB基站包括主基站和从基站，主基站可以和交换机等设备通信，以向外部设备传输各UWB基站测得的数据。
在本申请一个实施例中，根据UWB基站的性能，在隧道区域内每隔40米设置一台UWB基站，每隔80米设置一台声光告警器，再根据隧道的长度确定要设置的UWB基站的第二预设数量和声光告警器的第三预设数量。本申请根据选用的UWB基站的硬件及功率特性、网线传输衰减等特性，预先测试UWB基站在空旷无遮挡区域可辐射范围，根据可辐射范围比确定设置的UWB基站的间隔。比如如，若UWB基站可辐射范围为80-120米，在隧道内铺设时为间隔40米安装一台，从而达到定位标签在覆盖范围内同时能被三台基站设备采样。声光告警器设置的间隔根据预警系统预警的精确性要求确定，比如，若划分每个预警区域的范围为80米，则隔80米设置一台声光告警器。
S902：通过每个UWB基站对多个第二定位标签进行定位，以获取每个UWB基站测得的多个第二定位标签的定位数据。
其中，第二定位标签是设置在隧道内待定位的人员或设备上的可与UWB基站进行交互的设备，比如，第二定位标签可以是设置在轨道车车头位置上的轨道车标签，也可以是设置在轨道车司机的的安全帽上司机标签。
其中，定位数据包括第二定位标签的坐标和位于隧道区域内的具体位置等信息，本申请先通过UWB基站对定位标签进行定位，获取UWB基站测得的定位标签的坐标，根据定位标签的坐标可以确定定位标签的实时位置。在本实施例中，将定位标签的坐标近似为待定位的人员或设备的坐标。
具体的，在本申请一个实施例中，通过第二预设数量的UWB基站中的每个UWB基站对多个定位标签进行定位时，先建立与隧道区域对应的坐标系，并确定每个UWB基站在坐标系内的坐标，其中，。建立与隧道区域对应的坐标系可以是一维坐标系，也可以是按照上述建立与竖井区域对应的坐标系的方式建立三维坐标系，此处不做限制。举例而言，在隧道区域内设置原点，比如，以隧道口的位置为原点，并基于原点建立X轴一维坐标系，在通过上述实施例中的方式设置好UWB基站后，将安装的UWB基站通过激光测距、交叉计算等方法确定其在坐标系内的精确坐标。
然后，控制每个UWB基站对多个定位标签进行测距。其中，UWB基站通过发送非正弦波窄脉冲信号至定位标签的方式，测量本UWB基站与定位标签间的距离，在存在多个定位标签时，可分别获取本UWB基站与每个定位标签间的距离数据。
进一步的，再根据每个UWB基站的测距数据和坐标分别计算每个定位标签的坐标。其中，以建立一维坐标系的示例而言，在获取UWB基站与定位标签间的距离，以及UWB基站的坐标后，通过两点间的距离公式即可计算出定位标签的坐标。需要说明的是，由于本申请中由三台UWB基站对同一定位标签进行定位，在根据每个基站测量的数据确定当前定位标签的坐标后，可比较各个基站对应的定位结果是否一致，若不一致，则可以通过投票等方式确定当前定位标签最终的结论坐标。由此，在某个基站 出现故障或存在障碍物遮挡的情况下，仍然可以准确的对定位标签进行定位，提高了定位的精确性和可靠性。
由此，可以确定轨道车标签和司机标签等多个标签在隧道区域内的坐标。
S903：在后台管理系统虚拟仿真出隧道区域内的施工现场。
其中，后台管理系统是可以远程监控施工现场并发送预警指令的系统，比如，它可以是本申请提出的地铁隧道的智慧工地系统。
在本申请的一个实施例中，各UWB基站测量出距离数据后，输出至主基站中进行汇总，主基站通过交换机将距离数据先传输至后台设备进行计算，比如，将距离数据发送至后台的计算层中植入了定位引擎的定位盒子，定位引擎进行上述坐标值的计算。然后，再将计算出的各个人员和设备的坐标发送至智慧工地系统，通过虚拟仿真技术根据各个人员和设备的坐标，在后台系统仿真出隧道区域的施工现场，由此，实现施工现场可视化，使施工监测人员在远程观测犹如身处施工现场，所有的监测工作都在可视化的状态下执行，保证远程监控与现象施工的同步。
S904：根据多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，若轨道车溜车，则确定第二预警区域，并向第二预警区域内的人员进行告警。
在本申请的实施例中，可根据多个定位标签中的轨道车标签和司机标签的定位数据是否存在差异判断轨道车是否溜车，可以理解，在正常情况下轨道车司机驾驶轨道车时，轨道车标签和司机标签的定位数据应保持一致，若确定轨道车标签和司机标签的定位数据存在差异，且差异满足预设条件时可判断出司机当前不在轨道车上且轨道车发生了溜车。
进一步的，在轨道车溜车时先确定轨道车将要行驶过的区域，以该区域为需要向区域内的人员进行告警的第二预警区域。
作为一种可能的实现方式，首先根据轨道车标签的坐标确定轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度。具体的，根据轨道车标签的坐标可以确定轨道车当前在隧道区域内的具体位置，比如处于第×区域，并通过不同时刻下轨道车标签的坐标的变化，可以计算出轨道车标签的行进方向和行进速度，比如，若第一秒时轨道车标签的坐标为(10)，第二秒时轨道车标签的坐标为(50)，则轨道车标签的行进速度为40，且行进方向为远离原点(即隧道口)的方向。
然后，根据当前时刻，以及轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。具体的，在确定轨道车标签在当前时刻下的实时位置、行进方向和行进速度后，通过速度乘以时间可以确定轨道车沿当前行进方向在后续不同时刻下行驶到的位置，进而根据不同时刻下轨道车的位置划分出其影响的范围，确定不同时刻下的动态预警区域。
更进一步的，向确定出的预警区域内的人员进行告警，可以在轨道车还未溜车到预警区域时提醒区域内的人员提前撤离该区域。其中，具体的是告警可参照上述安全吊装预警的实施例中的告警方法，此处不再赘述。
由此，将轨道车溜车过程中的轨迹范围提前示警通知到在危险区域进行生产逗留的人员，使相关人员提前做出响应离开危险区域。
需要说明的是，本申请实施例的基于UWB定位的轨道车溜车预警方法，还可以适用于轨道车司机驾驶轨道车前进过程中的预警，其预警方法可参照上述溜车预警的描述，并在车辆可控的前提下减小预警范围，在保证人员安全的基础上减小对施工的影响。
本申请实施例的基于UWB定位的轨道车溜车预警方法，根据定位精度更高的UWB技术对轨道车和司机等多个定位标签进行定位，进而根据定位数据可以及时判断出轨道车溜车时并计算出实时的动态预警区域，便于提前向危险区域内的人员预警，提高了轨道车溜车预警的时效性，并通过虚拟仿真实现隧道内施工现场可视化，有利于监测工作的执行，进一步保证了人员安全。
为了更加清楚的说明本申请实施例只能怪判断轨道车是否溜车的具体实现方式，本申请还提出了一种具体的判断轨道车是否溜车的方法。
图10是根据本申请实施例提供的一种具体的判断轨道车是否溜车的方法的流程示意图。参考图10所示，该方法包括：
S10：根据轨道车标签和司机标签的坐标计算轨道车标签和司机标签的方向信息、速度信息和距离信息。
具体的，根据UWB基站测量的在不同时刻下轨道车标签和司机标签的坐标的变化，可以计算出轨道车标签的行进方向和行进速度，以及司机标签的方向信息和速度信息，具体计算方式可以参照步骤S104中确定轨道车标签的行进方向和行进速度的示例，此处不再赘述。然后，根据轨道车标签和司机标签的坐标可以确定轨道车标签和司机标签当前在隧道区域内的具体位置，再将轨道车和司机的位置相减，可以计算出轨道车标签和司机标签间的距离。
S20：根据方向信息、速度信息和距离信息判定轨道车是否溜车。
具体的，根据计算出的轨道车标签和司机标签的方向信息、速度信息和距离信息，判断轨道车标签和司机标签是否存在差异，以确定司机是否在轨道车上，作为一种示例，当确定出现轨道车标签和司机标签相差的速度大于设定阈值、轨道车标签和司机标签的行进方向不同，或轨道车标签和司机标签间的位置距离逐渐偏移的任一中或多种情况时，确定司机当前并未驾驶轨道车。
进一步的，若轨道车标签的速度大于设定的速度阈值，则确定司机不在轨道车上时，轨道车产生了非预期的移动，进而判断出轨道车溜车。
本申请实施例的基于UWB定位的轨道车溜车预警方法，根据UWB高精度定位数据判断出轨道车是否溜车，可以及时判断出轨道车溜车时并计算出实时的动态预警区域，便于提前向危险区域内的人员预警，提高了轨道车溜车预警的时效性。
图11是根据本申请实施例提供的一种用于地铁工地的三维定位系统的结构示意图。
如图11所示，该用于地铁工地的三维定位系统包括：
第一确定模块100，用于建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个UWB基站的坐标。
测距模块200，用于通过每个UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总。
筛选模块300，用于从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃误差数据。
第二确定模块400，用于将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个所述正方体格子的位置记录。
投票模块500，用于根据每个正方体格子的位置记录进行投票，以确定定位标签的结论坐标。
在本申请的实施例中，铁工地竖井内的三维定位系统包括现场数据获取层和边缘计算层，其中，现场数据获取层可包括UWB基站、交换机和上述的第一确定模块100和测距模块200，边缘计算层包括定位引擎系统和智慧工地系统，定位引擎系统接收由主基站传输的距离数据，并进行系统的位置计算及结果存储分发，定位引擎系统对位置数据进行处理后将人员及设备的三维坐标传送给智慧工地系统，最终在智慧工地系统显示人员及设备的三维坐标以及人员及设备所在现场竖井的具体位置，其中，定位引擎系统可包括上述的筛选模块300、第二确定模块400和投票模块500。
在本申请一些实施例中，第二确定模块400具体用于根据选取的UWB基站的坐标和任一正方体格子的中心点坐标，计算每个选取的UWB基站与任一正方体格子的中心点间的距离，并将每个选取的UWB基站与任一正方体格子的中心点间的距离相加，以获得第一距离；计算每个选取的UWB基站发送的测距数据的和，以获得第二距离；计算第一距离与第二距离的差的绝对值，并比较绝对值与正方体格子的边长的大小；若绝对值小于正方体格子的边长，则确定任一正方体格子位置记录加一。
在本申请一些实施例中，第二确定模块400还用于：确定从设置的基站中选取预设数量的UWB基站的各个排列组合，针对每种组合依次选取对应的UWB基站，并重复执行上述步骤，以确定每种组合下的任一正方体格子位置记录是否加一；计算任一正方体格子累计的位置记录。
在本申请一些实施例中，投票模块500，具体用于：结合每个正方体格子的位置记录对定位标签所在的正方体格子进行投票；将得票数大于总票数的一半的正方体小格子确定为定位标签所在的目标正方 体格子；以目标正方体格子的中心点坐标为定位标签的结论坐标。
在本申请一些实施例中，投票模块500还用于：若每个正方体小格子的得票数均小于总票数的一半，则将临近的9个正方体格子进行累加，以获得多个投票区域，并对每个投票区域进行投票，以得票数最高的投票区域的中心点坐标为定位标签的结论坐标。
在本申请一些实施例中，竖井区域包括顶层和中板层，第一确定模块100还用于：在顶层的每个窗口中的选择一组对角，在选择的每个角上设置一台UWB基站；在中板层的每个窗口的每个角上设置一台UWB基站。
在本申请一些实施例中，筛选模块300，具体用于：确定任一UWB基站与竖井区域的各个顶点间的距离中的最大距离；比较任一UWB基站传输的测距数据与最大距离的大小；若任一UWB基站传输的测距数据大于最大距离，则确定测距数据为误差数据。
在本申请一些实施例中，定位标签包括安装在吊装的吊钩设备上的第一定位标签，该系统还包括安全吊装预警模块，用于在竖井区域内设置第一预设数量的声光告警器，以及根据第一定位标签的定位数据确定第一预警区域，并向第一预警区域内的人员进行告警。
在本申请一些实施例中，安全吊装预警模块还用于根据第一定位标签的坐标确定第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度，并根据当前时刻，以及第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
在本申请一些实施例中，该系统还包括轨道车溜车预警模块，用于：在地铁工地的隧道区域内设置第二预设数量的UWB基站和第三预设数量的声光告警器；通过第二预设数量的UWB基站对隧道区域内的多个第二定位标签进行定位，以获取多个第二定位标签的定位数据；在后台管理系统虚拟仿真出隧道区域内的施工现场；根据多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，若轨道车溜车，则确定第二预警区域，并向第二预警区域内的人员进行告警。
在本申请一些实施例中，轨道车溜车预警模块还用于：建立与所述隧道区域对应的坐标系，并确定隧道区域内的每个UWB基站在坐标系内的坐标；控制隧道区域内的每个UWB基站对多个第二定位标签进行测距；根据隧道区域内的每个UWB基站的测距数据和坐标分别计算每个第二定位标签的坐标。
在本申请一些实施例中，轨道车溜车预警模块还用于：根据轨道车标签和所述司机标签的坐标，计算轨道车标签和所述司机标签的方向信息、速度信息和距离信息；根据轨道车标签和司机标签的方向信息、速度信息和距离信息判定轨道车是否溜车。
在本申请一些实施例中，轨道车溜车预警模块还用于：根据轨道车标签的坐标确定轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度；根据当前时刻，以及轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
在本申请一些实施例中，安全吊装预警模块和轨道车溜车预警模块还用于：控制动态预警区域内的声光告警器进行告警，并向处于动态预警区域内的人员的定位标签发送告警信号。
本申请实施例的用于地铁工地竖井内的三维定位系统，建立与竖井区域对应的三维坐标系，并确定在竖井的不同层中设置的超宽带UWB基站的坐标，通过每个UWB基站对定位标签进行测距，从汇总后的数据中筛选出误差数据并丢弃，将三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个正方体格子的中心点坐标，依次确定定位标签在每个正方体格子的位置记录，根据每个格子的位置记录进行投票，确定定位标签的结论坐标。该系统根据UWB高精度定位数据对划分的每个采样区域进行筛选、投票得出待定位的标签的坐标，可在竖井整体的三维空间内进行定位，即当人员及设备处在竖井的不同层时可统一进行定位，实现了竖井的全区域内无缝覆盖的效果，扩展了可定位的区域，并且，降低了障碍物遮挡信号等实际因素对定位的影响，提高了定位的准确性。并且，根据定位数据可以及时判断出轨道车溜车以及吊钩移动时的动态预警区域，便于提前向危险区域内的人员预警，提高了地铁工地内预警的时效性，并通过虚拟仿真实现隧道内施工现场可视化，有利于监测工作的执行，进一步保证了人员安全。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述实施例中任一项所述的用于地铁工地的三维定位方法。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
另外，在本申请的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

  1. 一种用于地铁工地的三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
    建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在所述竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个所述UWB基站的坐标；
    通过每个所述UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总；
    从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃所述误差数据；
    将所述三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个所述正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录；
    根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标。
  2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录，包括：
    S1：根据所述选取的UWB基站的坐标和任一正方体格子的中心点坐标，计算每个所述选取的UWB基站与所述任一正方体格子的中心点间的距离，并将每个所述选取的UWB基站与所述任一正方体格子的中心点间的距离相加，以获得第一距离；
    S2：计算每个所述选取的UWB基站发送的测距数据的和，以获得第二距离；
    S3：计算所述第一距离与所述第二距离的差的绝对值，并比较所述绝对值与所述正方体格子的边长的大小；
    S4：若所述绝对值小于所述正方体格子的边长，则所述任一正方体格子位置记录加一。
  3. 如权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于，所述根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录，还包括：
    确定从设置的基站中选取预设数量的UWB基站的各个排列组合，针对每种组合依次选取对应的UWB基站，并重复执行步骤S1至步骤S4，以确定每种组合下的所述任一正方体格子位置记录是否加一；
    计算所述任一正方体格子累计的位置记录。
  4. 如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，包括：
    结合每个所述正方体格子的位置记录对所述定位标签所在的正方体格子进行投票；
    将得票数大于总票数的一半的正方体小格子确定为所述定位标签所在的目标正方体格子；
    以所述目标正方体格子的中心点坐标为所述定位标签的结论坐标。
  5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，若每个正方体小格子的得票数均小于总票数的一半，则将临近的9个正方体格子进行累加，以获得多个投票区域，并对每个所述投票区域进行投票，以得票数最高的投票区域的中心点坐标为所述定位标签的结论坐标。
  6. 如权利要求1-5任一所述所述的方法，其特征在于，所述竖井区域包括顶层和中板层，所述在竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，包括：
    在所述顶层的每个窗口中的选择一组对角，在选择的每个角上设置一台UWB基站；
    在所述中板层的每个窗口的每个角上设置一台UWB基站。
  7. 如权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据，包括：
    确定任一UWB基站与所述竖井区域的各个顶点间的距离中的最大距离；
    比较所述任一UWB基站传输的测距数据与所述最大距离的大小；
    若所述任一UWB基站传输的测距数据大于所述最大距离，则确定所述测距数据为误差数据。
  8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位标签包括安装在吊装的吊钩设备上的第一定位标签，所述根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标之后，还包括：
    在所述竖井区域内设置第一预设数量的声光告警器；
    根据所述第一定位标签的定位数据确定第一预警区域，并向所述第一预警区域内的人员进行告警。
  9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定第一预警区域，包括：
    根据所述第一定位标签的坐标确定所述第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度；
    根据当前时刻，以及所述第一定位标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
  10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标之后，还包括：
    在所述地铁工地的隧道区域内设置第二预设数量的UWB基站和第三预设数量的声光告警器；
    通过所述第二预设数量的UWB基站对所述隧道区域内的多个第二定位标签进行定位，以获取所述多个第二定位标签的定位数据；
    在后台管理系统虚拟仿真出所述隧道区域内的施工现场；
    根据所述多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，若所述轨道车溜车，则确定第二预警区域，并向所述第二预警区域内的人员进行告警。
  11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述第二预设数量的UWB基站对所述隧道区域内的多个第二定位标签进行定位，包括：
    建立与所述隧道区域对应的坐标系，并确定所述隧道区域内的每个UWB基站在坐标系内的坐标；
    控制所述隧道区域内的每个UWB基站对所述多个第二定位标签进行测距；
    根据所述隧道区域内的每个UWB基站的测距数据和坐标分别计算每个所述第二定位标签的坐标。
  12. 如权利要求10-11任一所述的方法，其特征在于，所述多个第二定位标签包括轨道车标签和司机标签，所述根据所述多个第二定位标签的定位数据判断轨道车是否溜车，包括：
    根据所述轨道车标签和所述司机标签的坐标，计算所述轨道车标签和所述司机标签的方向信息、速度信息和距离信息；
    根据所述轨道车标签和所述司机标签的方向信息、速度信息和距离信息判定所述轨道车是否溜车。
  13. 如权利要求10-12任一所述的方法，其特征在于，所述确定第二预警区域，包括：
    根据所述轨道车标签的坐标确定所述轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度；
    根据当前时刻，以及所述轨道车标签的实时位置、行进方向和行进速度计算出不同时刻下的动态预警区域。
  14. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述向所述第一预警区域内的人员进行告警，包括：
    控制动态预警区域内的声光告警器进行告警；
    向处于动态预警区域内的人员的定位标签发送告警信号。
  15. 一种用于地铁工地的三维定位系统，包括：
    第一确定模块，用于建立与地铁工地的竖井区域对应的三维坐标系，并在所述竖井区域的不同层中分别设置对应数量的超宽带UWB基站，确定每个所述UWB基站的坐标；
    测距模块，用于通过每个所述UWB基站对定位标签进行测距，将测距数据发送至主基站进行汇总；
    筛选模块，用于从汇总后的原始距离数据中筛选出误差数据并丢弃所述误差数据；
    第二确定模块，用于将所述三维坐标系划分为多个均等的正方体格子，确定每个所述正方体格子的中心点坐标，并根据筛选结果从设置的基站中选取预设数量的UWB基站，根据选取的UWB基站的坐标和对应的测距数据，以及每个所述正方体格子的中心点坐标，依次确定所述定位标签在每个所述正方体格子的位置记录；
    投票模块，用于根据所述每个所述正方体格子的位置记录进行投票，以确定所述定位标签的结论坐标。
  16. 一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-14中任一项所述的用于地铁工地的三维定位方法。
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