基于实时定位的施工作业安全防护预警系统及其预警方法与流程

本发明属于领域，具体涉及一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统及其预警方法。

背景技术：

土建施工现场一般需要大量的焊接作业，乙炔、氧气用于金属的焊接、切割、金属表面的喷镀等，乙炔化学性质即为活泼，属于甲类火灾危险类别，具有较大的火灾和爆炸危险性，防火防爆十分重要；氧气瓶、乙炔瓶距离太近会存在很大安全隐患；氧气瓶及乙炔瓶距离作业状态的焊枪距离过近，也存在引发爆炸或火灾的可能性。因此，需要解决两类问题，一是存在氧气瓶与乙炔瓶距离在5m限值范围内的，应能预警，使现场安全人员及时定位并采取措施，以规避安全隐患；另一是作业过程中的焊枪距离二类瓶子在10m限值范围内时，也应能预警，以便作业人员及时调整作业距离。传统的方法是把两类瓶子分置在两类作业车内或在不同堆场予以存放，但这样不能很好的解决问题。

另外，土建作业中，如沉管隧道对接拼装，地下连续墙钢筋笼的对接，焊接作业场各设备单元需满足作业安全要求，施工中隧道等危险作业区的工人需要定位跟踪，既有线附近作业人员需要即时提醒及警示，传统的技术手段都不能有效解决实时定位及预警这一要求。

而基于实时定位的网络化实时测距及定位能较大程度提高作业效率及综合管理水平，能很好的解决这一问题。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统及其预警方法。

本发明的技术方案是：

一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统，包括施工作业现场的带继电器的定位标签和定位标签，所述带继电器的定位标签将与ⅰ号基站、ⅱ号基站、ⅲ号基站之间的距离发送至通讯基站，所述定位标签将与ⅰ号基站、ⅱ号基站、ⅲ号基站之间的距离发送至通讯基站，所述通讯基站与综合管理显示终端、定位引擎服务器通讯并发送距离信息。

所述带继电器的定位标签和定位标签均为uwb标签。

所述带继电器的定位标签与ⅰ号基站、ⅱ号基站、ⅲ号基站之间，所述定位标签与ⅰ号基站、ⅱ号基站、ⅲ号基站之间通过ads-twr技术测距。

所述ⅰ号基站、ⅱ号基站、ⅲ号基站呈蜂窝可扩展状。

所述综合管理显示终端包括电子地图交互模块、对象事件管理模块、事件管理模块、警戒区域模块、回放模块。

一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统的预警方法，包括以下步骤：

ⅰ.获取空间坐标位置及对应时间值

通过ads-twr技术获取各个带继电器的定位标签、定位标签的坐标位置以及时间值；

ⅱ.计算施工作业区中各设备间距离

通过步骤ⅰ中获取的信息，计算出配带继电器的定位标签的设备以及配定位标签的设备间的两两设备距离；

ⅲ.判定是否超过预警阈值

通过步骤ⅱ中计算得到的设备距离与预定的阈值进行比较，并结合监控区间、坐标位置、时间值进行判定。

ⅳ.进行声光警报

如果步骤ⅲ中的计算距离超过预定的阈值，则触发蜂鸣器，进行声光报警。

所述监控区间为可进入监控区间，如果监控区间内的带继电器的定位标签、定位标签数量超过可容纳数量，则发出报警；如果监控区间内的带继电器的定位标签、定位标签的停留时间超过预定时间，则发出报警。

如果监控区间为禁止进入监控区间，如果坐标位置穿过监控区间，则发出报警。

所述各个带继电器的定位标签、定位标签的坐标位置能够对施工作业区的摄像采集装置进行联动控制。

所述预警方法还包括对坐标位置、对应时间值、设备距离值的存储，实现人员路径实时记录、任意时间段轨迹记录、人员运动轨迹查询记录、多人运动轨迹统计数据保存。

本发明的有益效果如下：

本发明抗干扰能力强，不受天气、木板、塑料、玻璃、强电场影响，不干扰其他信号。

本发明针对人员、设备位置实时掌握，管控效率大幅提升。

本发明与其它通信技术不存在频谱干扰，可混合使用。

本发明有效预防伤亡事件，保护员工安全；实现了乙炔瓶及氧气瓶的分类信息化。

本发明有效掌控巡检流程，更好的监督与管理。

本发明实现多目标动态实时测距，预警对象具有随机性，而且入侵瞬间发生，有实时性要求，需要动态实时测量，而且是多对多的。本发明可以解决动态实时测距这一技术难题。

本发明解决了多目标网络化分布的实时通信机制问题；

本发明能够自主识别电焊枪对应电源，根据测量距离自主遥控切断电源；

本发明可实现建筑施工现场用氧气、乙炔瓶存放、作业时安全防护及预警，降低了安全管理的风险，提高建筑施工的安全管理水平与综合效益。便于建筑施工企业广泛的推广应用。

附图说明

图1是本发明中预警系统的连接示意图；

图2是本发明中综合管理显示终端的内部示意图；

图3是本发明中实施例1的预警方法示意图；

其中：

1带继电器的定位标签2定位标签

3ⅰ号基站4ⅱ号基站

5ⅲ号基站6通讯基站

7交换机8综合管理显示终端

9定位引擎服务器10电子地图交互模块

11对象事件管理模块12事件管理模块

13警戒区域模块14回放模块。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~2所示，一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统，包括施工作业现场的带继电器的定位标签1和定位标签2，所述带继电器的定位标签1将与ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5之间的距离发送至通讯基站6，所述定位标签2将与ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5之间的距离发送至通讯基站6，所述通讯基站6与综合管理显示终端8、定位引擎服务器9通讯并发送距离信息。

所述带继电器的定位标签1和定位标签2均为uwb标签。

所述带继电器的定位标签1与ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5之间，所述定位标签2与ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5之间通过ads-twr技术测距。

所述ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5呈蜂窝可扩展状。

所述综合管理显示终端8包括电子地图交互模块10、对象事件管理模块11、事件管理模块12、警戒区域模块13、回放模块14。

所述通讯基站6与综合管理显示终端8、定位引擎服务器9之间通过交换机7或wi-fi通讯。

uwb(ultrawideband)是一种无载波通信技术，它是利用脉冲信号来传送。uwb定位通过附着在物体上的小型uwb标签实现对物体的三维动态定位。

带继电器的定位标签1、定位标签2、ⅰ号基站3、ⅱ号基站4、ⅲ号基站5布置在待定位区域内，以确保待定位区域被完全覆盖。标签由待定位单元配置。待定位的uwb和基站间双向通信，基站接收到信号以后由定位引擎服务器，通过ads-twr技术测得标签到各个基站之间的距离，利用uwb通信功能，各基站将距离信息发送给通信基站，最终通过wifi将距离信息传送给服务器进行定位并显示。

电子地图交互模块10紧密结合地理信息技术，通过直观的电子地图图形化的显示界面和丰富便捷的人机交互操作，实现基于空间位置的查询检索、统计分析等功能。

对象事件管理模块11对系统中的系统设置参数、管理对象位置数据等内容实现完整的存储，通过有机的数据组织实现科学有效管理。在此基础上能够提供基于时间、位置和管理对象等多种不同类型的查询检索。

事件管理模块12按照系统中的参数设置，针对监控过程中出现的管理对象距离、警戒区域等类型报警事件进行管理，实现事件的追踪回溯、查询统计等功能。并根据事件的轻重缓急、持续时间等不同类型提供智能、便捷、可视化的辅助管理手段。

警戒区域模块13针对关键区域的安全管理问题，提供管理对象与指定区域的相对位置关系监控。在以人机交互方式在电子地图上指定警戒区域后，系统可以自动监控指定时间段内，管理对象进入（或离开）该指定区域的事件，并进一步报警提示。

回放模块14基于时间和空间两个维度快速检索历史数据库，实现历史任意时刻基于电子地图的情景回放，直观的获取指定时间段内管理对象的空间位置分布及历史报警事件。

一种基于实时定位的施工作业安全防护预警系统的预警方法，包括以下步骤：

ⅰ.获取空间坐标位置及对应时间值

通过ads-twr技术获取各个带继电器的定位标签1、定位标签2的坐标位置以及时间值。

ⅱ.计算施工作业区中各设备间距离

通过步骤ⅰ中获取的信息，计算出配带继电器的定位标签1的设备以及配定位标签2的设备间的两两设备距离。

ⅲ.判定是否超过预警阈值

通过步骤ⅱ中计算得到的设备距离与预定的阈值进行比较，并结合监控区间、坐标位置、时间值进行判定。

ⅳ.进行声光警报

如果步骤ⅲ中的计算距离超过预定的阈值，则触发蜂鸣器，进行声光报警。

所述监控区间为可进入监控区间，如果监控区间内的带继电器的定位标签1、定位标签2数量超过可容纳数量，则发出报警；如果监控区间内的带继电器的定位标签1、定位标签2的停留时间超过预定时间，则发出报警。

如果监控区间为禁止进入监控区间，如果坐标位置穿过监控区间，则发出报警。

所述各个带继电器的定位标签1、定位标签2的坐标位置能够对施工作业区的摄像采集装置进行联动控制。

所述预警方法还包括对坐标位置、对应时间值、设备距离值的存储，实现人员路径实时记录、任意时间段轨迹记录、人员运动轨迹查询记录、多人运动轨迹统计数据保存。

其中，人员路径实时记录指在定位区域内，在任何时刻任意位置，定位基站都可以感应到信号，并上传到定位引擎服务器，经过定位算法解析处理，得出各具体信息（如：人员id，位置，具体时间），同时可把它动态显示（实时）在监控中心的大屏幕并在电脑终端上进行备份，使得管理人员可随时了解隧道施工人员的状态。

任意时间段轨迹记录指一旦定位区域内发生突发情况，携带标签者可通过按下所携带的定位标签上的定位按钮发出警报，同时，监控室的动态显示界面会立即触发报警事件并进行记录

人员运动轨迹查询记录指查看历史运动轨迹：当突发情况发生时，无线定位系统将保留人员的最后活动位置，为精确紧急搜救提供重要参考；利用无线定位手持系统，进行现场人员搜救。

多人运动轨迹统计数据保存指日常人员管理管理者可随时观看大屏幕或电脑上的隧道施工人员及设备活动情况，并可查看任意区域、任何班组/部分/个人的信息状况，并可进行报表打印（可选），历史数据查询（可选），为管理带来极大的方便。

所述摄像采集装置进行联动控制指结合摄像机联动技术可将人员的位置信息和周边环境信息在pc端中直观展示。对于生产现场人员的实时活动情况，采用视频监控记录并存档，超宽带定位技术结合视频联动技术来分析、判别和发现是否有人进入安全禁区，以实现重要区域的智能监控。通过这些技术，确保现场工作人员按要求在指定的时间和指定的工作场所工作而不误入其他区域，确保非作业参观人员在指定的路线和区域内参观而不误入安全禁区，确保巡检班组人员对现场安全隐患及时发现，避免事故发生。系统在工作现场和监控中心实现告警提醒功能，在前端(工作现场)采用声光告警提醒现场人员注意安全，在后端(监控中心)告警主动提醒监控人员关注现场的安全状况。

通过定位系统实现工作现场安全作业标准化管理，进一步控制现场安全作业的质量、提高工作效率，确保现场作业过程的安全和质量可靠，降低现场作业的风险。

系统接收到告警信号后，工作现场的警铃或声光报警器会自动触发报警信息，提示现场人员注意。监控中心的工作人员也可以通过广播系统，用语音提示现场工作人员注意安全。

如图3所示，以焊接施工作业为例，氧气瓶上配有定位标签，乙炔瓶上配有定位标签，电焊焊枪上配有带继电器的定位标签，蜂窝状的基站对上述两个定位标签、以及带继电器的定位标签坐标位置以及时间值进行采集，并将信息传送至通讯基站，通讯基站将上述信息传送至综合管理显示终端、定位引擎服务器。

其阈值设定如下：氧气瓶、乙炔瓶之间的距离小于5m，氧气瓶与电焊焊枪之间的距离小于10m，乙炔瓶与电焊焊枪之间的距离小于10m。

其效果如下：

a.焊接过程中作业点和氧气瓶、乙炔瓶等危险物品的距离一旦小于10m，立即预警并断电强制停止作业；

b.氧气瓶与乙炔瓶作业过程中，存放距离一旦小于5米，立即预警，使现场安全人员及时定位并采取措施，消除安全隐患。

以上仅为本发明的一个简单实施例。

土建作业中，网络化实时测距及定位能较大程度提高作业效率及综合管理水平，如沉管隧道对接拼装，地下连续墙钢筋笼的对接，焊接作业场各设备单元需满足作业安全要求，施工中隧道等危险作业区的工人需要定位跟踪，既有线附近作业人员需要即时提醒及警示。