一种基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术：

高支模(全称高大模板支撑系统)定义：就是大型框架结构的建筑运用高度达5米及以上的钢管架设及模板工程施工的统称。高支模在一些大型高层建筑、桥梁等工程施工中会用到，高支模的监测主要是工程施工期监测。

危险性较大的高支模定义：高度超过5m，或搭设跨度超过10m，或施工总荷载大于10kN/m²，或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑系统。超过一定规模危险性较大高支模：高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/m²，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。

高大模板支撑系统在混凝土浇筑过程中和浇筑后一段时间内，由于受压可能发生一定的沉降和位移，如变化过大可能发生垮塌事故。又因为高支模系统从有危害发生到危害发生的时间较短，为及时反映高支模支撑系统的变化情况，预防事故的发生，除了需要对支撑系统关键受力点监测外(如沉降和位移监测)，还需要对在高支模上工作的人员所在施工高度进行定位，以便在危害发生时或发生后，及时进行人员疏导和抢救。目前的监测系统虽然会有在危害发生前进行声光或其他方式的报警，但是由于报警器距离人员较远，而且在某些施工的地点，人员可能因为施工噪音接收不到报警信息，从而延误了逃生时间，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

针对上述的问题，本实用新型的目的是提供一种基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置，通过采用无线通信技术和miniGPS模块，实现高支模人员在高支模内工作的实时定位信息，并实时将定位信息发送给监控中心，能够让监控人员及时了解高支模上施工的工人位置，并及时发送报警信息。

本实用新型通过下述技术方案来实现。一种基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置，包括人员定位装置、无线网关、监控中心，人员定位装置通过无线网关与监控中心数据通信，所述人员定位装置包括报警装置、微控制器、无线通信模块、电源模块、定位模块、显示模块，所述微控制器连接报警装置、无线通信模块、电源模块、定位模块和显示模块，所述定位模块连接显示模块。

作为优选方案，所述无线通信模块是Lora通信模块，所述无线网关是Lora基站。

作为优选方案，所述报警装置是语音报警器。

作为优选方案，所述定位模块是miniGPS模块。

作为优选方案，所述电源模块是锂电池，所述显示模块是OLED显示屏。

作为优选方案，微控制器采用TI公司的cortex-M3系列的微控制器，微控制器通过内部IIC总线连接miniGPS模块和OLED显示屏，微控制器通过内部的Uart串口与Lora通信模块进行数据交换，微控制器通过SPI总线驱动内部的语音报警器。

人员定位装置：人员定位装置内的miniGPS模块会定时(如每10秒钟)将位置信息通过Lora通信模块发送给Lora网关，并再转发给监控中心，监控中心会实时记录人员三维位置信息，当高支模系统有危险预警时，监控中心将会把预警等级和逃生路线信息发送到携带在人员身上的报警装置，及时且实时的通知人员尽快按照报警装置的信息以最优的逃生方式撤离现场。

Lora网关：Lora网关是将互联网和Lora网络进行桥接，能够将监控中心和高支模现场通过网络协议转换连接在一起，能够实现远程的监控和数据传输。

监控中心：监控中心能够实时通过人员的报警装置发来的定位信息，得到人员的实时工位，当高支模出现危险预警时，监控中心会结合当前人员位置和高支模具体的危险预警区域计算出来一条最优的逃生路线，并将该信息返回给人员身上携带的报警装置。

Lora技术是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。Lora是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离，相比于传统的Zigbee技术，它具有传输距离远、通信可靠性高、抗干扰能力强等优势，非常具备在高支模这种复杂工况环境下工作。

Lora的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但Lora和LoraWA有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。

因此利用Lora的远距离可靠通信的优势，本系统在设计上，每个采集节点使用了Lora无线通信模块，所有采集节点通过星型网络将数据汇总并发送给监控中心。针对一些物理尺度更大的高支模系统以及高支模结构对无线信号的阻挡的场景也能轻松应对，相比传统的Zigbee、有线方式，优势更大。

本实用新型专利通过给予Lora无线网络以及miniGPS模块实时采集人员在高支模内三维定位信息，并及时发送给监控中心，实现了监控中心能够实时获取人员具体工位的信息并能够作出最优的逃生指导策略，极大的减少了因为高支模危险发生引起的人员伤亡。

附图说明

图1是人员定位装置框图。

图2是人员定位装置主视图。

图3是基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置示意图。

图中：1——语音报警器、2——微控制器、3——Lora通信模块、4——锂电池、5——miniGPS模块、6——显示模块、7——Lora天线、8——OLED显示屏、9——扬声器、10——人员定位装置、11——监控中心、12——Lora基站、13——高支模、14——工作人员。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。

基于无线通信技术的高支模工地人员定位装置如图3所示，包括人员定位装置10、无Lora基站12(即是Lora网关)、监控中心11，在高支模13上作业的工作人员14随时携带人员定位装置10。

如图1所示，所述人员定位装置10由语音报警器1、微控制器2、Lora通信模块3、miniGPS模块5、显示模块6、锂电池4组成，微控制器2连接语音报警器1、Lora通信模块3、miniGPS模块5、显示模块6、锂电池4，miniGPS模块5连接显示模块6，参照图2，人员定位装置10的显示模块6采用OLED显示屏8，人员定位装置10上设有扬声器9和Lora天线7，Lora天线7连接Lora通信模块3，扬声器9连接语音报警器1。

工人在进入高支模13工地前需携带并打开人员定位装置10，该装置工作后，会自动搜索Lora网络，并及时加入Lora基站注册，如果注册网络失败，人员定位装置10将会进行语音提示，直到成功连接到Lora网络。该装置内部微控制器2采用TI公司的cortex-M3系列的微控制器，通过内部IIC总线读取miniGPS的定位信息和驱动OLED显示屏，通过内部的Uart串口与Lora通信模块进行数据交换，通过SPI总线驱动内部的语音报警器。

Lora基站12主要作用是协议转换，内置Lora通信模块和GPRS模块，能够将Lora网络中的数据通过GPRS模块传输到网络，再连接到监控中心。特点：最大支持400个LoRa终端，自组网，自治愈，即插即用。Lora基站12一般部署在距离高支模共地100米左右的空旷地带，同时该地带须具有2G/3G/4G网络信号。

监控中心11将人员定位装置10通过Lora基站12发送过来的人员信息(位置、姓名、工种、唯一识别码)进行实时分析，并同时监测高支模危害预警，当预警发生时，监控中心11将会根据当前人员位置自动计算逃生路线和逃生时间要求，并将该信息在通过Lora基站12发送给每个人圆的人员定位装置10上。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。