一种基于UWB和Zigbee定位技术的施工人员安全预警装置的制作方法

一种基于uwb和zigbee定位技术的施工人员安全预警装置
技术领域
1.本实用新型属于城市轨道交通建设安全定位技术领域，具体涉及一种基于uwb和zigbee定位技术的施工人员安全预警装置。


背景技术：

2.近年来城市轨道交通发展迅速，随之而来的城市轨道交通建设带来的安全隐患问题也日益突出，城市轨道交通建设不同于其他工程建设，具有复杂度高、跨度长、环境封闭、作业交叉多、组织协调量大等各种不利因素，在没有网络信号覆盖的地下作业面，人员的位置无法得到准确的掌控，非常不利于管理人员的监管，而且轨道施工车辆与施工人员的安全距离也无法得到有效保障，这使得施工效率低下，危险系数很高，巡检成本也很高；传统的安全监管及定位手段则多有掣肘，投入成本更大，监管效果更低，现如今利用mesh无线自组网技术，作为mesh网络基站，多个设备通过无线连接搭建出一个自组织的无线网络，以此作为网络架构，收集施工现场的安全监测信息，并上传至控制中心进行处理和调度，除此之外，本装置内置uwb定位模块和zigbee定位模块，可作为定位基站使用。
3.现有的安全预警装置在安装中，需要通过螺栓进行紧固，而该装置在较为潮湿的环境中使用较多，同时在潮湿环境中进行频繁的检修、调试时，会造成螺栓连接处的生锈，从而导致后期连接处的锁死，给拆卸带来不便，同时在使用中的密封性也存在改进空间。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于uwb和zigbee定位技术的施工人员安全预警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于uwb和zigbee定位技术的施工人员安全预警装置，包括壳体，以及设置在所述壳体顶部的顶盖，所述壳体的顶端面开设有多个连接孔，每个所述连接孔朝向壳体外部的侧壁开设有弧槽，在所述弧槽的内侧还放置有调节板，所述壳体的外部贯穿有多个紧固螺栓，每个所述紧固螺栓分别贯穿至一个弧槽的内侧，且壳体的一端与调节板相抵，所述顶盖的顶部贯穿有限位螺栓，所述限位螺栓与调节板以及连接孔螺纹连接。
6.优选的，所述调节板与连接孔的弧度相等，且所述调节板为弧形结构。
7.优选的，所述调节板与所述连接孔的圆心处于同一点上时，所述紧固螺栓贯穿至弧槽内的长度为最大值。
8.优选的，所述顶盖的底部边缘处固定有密封块b，所述密封块b的底端面上开设有条型槽，所述壳体的开口内壁处固定有密封块a，所述密封块a的顶端固定有卡入至条型槽内侧的密封凸起。
9.优选的，所述壳体两端端面上分别安装有连接端口和把手，所述壳体的两端底部还固定有连接板，所述连接板上开设有条型孔。
10.优选的，所述壳体的内部还设置有mesh无线自组网模块、wifi模块、uwb定位模块、
zigbee定位模块、电源模块、天线。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.1.通过设计的调节板、弧槽以及紧固螺栓，能够在限位螺栓因生锈造成锁死的情况时，可以快速的进行拆卸，从而方便后期的维护，完善了现有结构中的不足，且整体操作十分方便，易于上手；
13.2.通过设计的密封块a和密封块b，能够提升顶盖与壳体之间的密封性，从而避免在潮湿环境中使用时，因水汽渗入而造成内部零件的损坏。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构示意图；
15.图2为本实用新型顶盖与壳体的连接剖视图；
16.图3为本实用新型图2中a区域的放大示意图；
17.图4为本实用新型图2中b区域的放大示意图。
18.图中：1、顶盖；2、把手；3、连接板；4、连接端口；5、壳体；6、限位螺栓；7、连接孔；8、调节板；9、弧槽；10、紧固螺栓；11、密封块a；12、密封块b；13、条型槽；14、密封凸起。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
20.请参阅图1至图4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于uwb和zigbee定位技术的施工人员安全预警装置，包括壳体5，以及设置在壳体5顶部的顶盖1，壳体5的顶端面开设有多个连接孔7，每个连接孔7朝向壳体5外部的侧壁开设有弧槽9，在弧槽9的内侧还放置有调节板8，壳体5的外部贯穿有多个紧固螺栓10，通过设计的调节板8、弧槽9以及紧固螺栓10，能够在限位螺栓6因生锈造成锁死的情况时，可以快速的进行拆卸，从而方便后期的维护，完善了现有结构中的不足，且整体操作十分方便，易于上手，每个紧固螺栓10分别贯穿至一个弧槽9的内侧，且壳体5的一端与调节板8相抵，顶盖1的顶部贯穿有限位螺栓6，限位螺栓6与调节板8以及连接孔7螺纹连接。
21.本实施例中，优选的，调节板8与连接孔7的弧度相等，从而能够完成连接，且调节板8为弧形结构。
22.本实施例中，优选的，调节板8与连接孔7的圆心处于同一点上时，紧固螺栓10贯穿至弧槽9内的长度为最大值，从而保证连接。
23.本实施例中，优选的，顶盖1的底部边缘处固定有密封块b12，密封块b12的底端面上开设有条型槽13，通过设计的密封块a11和密封块b12，能够提升顶盖1与壳体5之间的密封性，从而避免在潮湿环境中使用时，因水汽渗入而造成内部零件的损坏，壳体5的开口内壁处固定有密封块a11，密封块a11的顶端固定有卡入至条型槽13内侧的密封凸起14。
24.本实施例中，优选的，壳体5两端端面上分别安装有连接端口4和把手2，壳体5的两端底部还固定有连接板3，连接板3上开设有条型孔。
25.本实施例中，优选的，壳体5的内部还设置有mesh无线自组网模块、wifi模块、uwb定位模块、zigbee定位模块、电源模块、天线，融合mesh无线自组网模块、wifi模块、uwb和zigbee定位模块，集自组网基站、定位基站、wifi路由功能于一体，实现施工现场的网络覆盖、人车定位功能，能有效地保障施工安全，提高工作效率。
26.本实用新型的工作原理及使用流程：本实用新型在使用前，先将壳体5水平放置在安装面上，随后将紧固螺栓10贯穿壳体5至弧槽9的内侧，并将调节板8沿水平方向推动，直至紧固螺栓10无法继续拧动，此时将顶盖1放置在壳体5的顶端面上，在放置中，密封块b12底部开设的条型槽13会罩设在密封凸起14上，以此形成犬牙交错状的密封结构，接着将限位螺栓6贯穿顶盖1至连接孔7的内部，持续转动限位螺栓6，使得限位螺栓6与连接孔7以及调节板8的内壁螺纹连接，安装完成后，再通过外部螺栓贯穿连接板3与外部设备进行固定即可，在后期使用需要频繁的拆卸顶盖1进行检修以及维护时，限位螺栓6会因沾染水汽造成生锈情况，导致与连接孔7以及调节板8生锈锁死，此时将紧固螺栓10从壳体5的内部旋出，此时调节板8呈可活动状态，接着将限位螺栓6直接抽出，在抽出的过程中，调节板8受力会朝向弧槽9的内部移动，从而完成对限位螺栓6的分离，在使用中，快速生成施工现场的高精度数字地图，同时通过车载定位标签、施工人员定位标签对轨行车辆、施工人员实时进行高精度定位，位置数据通过mesh无线自组网上传至远程控制中心，实时做出安全隐患判断并预警；同时可在施工现场采用视频监控技术辅助手段，进一步对车辆及人员安全作以保障，在施工场所根据现场情况，在有利位置安装本装置，多个本装置只需通电便可以互相自动进行无线连接，组成mesh无线自组网，通过其中任意一台装置连接运营商网络，便能够在本装置覆盖范围内实现wifi覆盖，并能够配合其他前端数据采集设备，将采集到的数据信息通过网络上传至服务器，在远程控制中心进行统一管理和调度；在施工车辆上安装定位标签，施工人员随身携带定位标签，利用uwb和zigbee定位算法，实时高精度采集车辆和人员的位置信息，并通过无线自组网上传至服务器，在远程控制端的高精度电子地图上实时显示位置信息；电子地图上设置有电子围栏，当施工人员离开围栏规定区域时，会自动启动报警提示；人员定位标签自带报警按钮，当施工人员遇到紧急情况时，按下标签上的报警按钮，控制中心的电子地图上会弹出报警提示，便于管理人员快速确定现场报警人员的位置，其中mesh无线自组网是基于最新的无线网络通信技术开发，具备两个独立射频，是一款兼容802.11a/n/ac标准的千兆电信级无线网络系统[1]；射频功率输出可达30dbm[4]，具有很高的宽带传输能力；当保证各个mesh节点间通信质量时，网络经过多个mesh节点接力传输情况下，其最高可提供600mbps以上的空中速率[5]；可以承担网络骨干的高速率传输；具备自组网的自主发现，自动组网，自动愈合能力；在通信范围内的任何一台mesh节点设备，可以自动的与相邻的mesh节点设备形成网络互联，无需事先规划其拓扑结构；假设任何一台mesh节点设备故障或者离开原有网络，余下的设备将自动重新组建一个网络；当故障恢复，或者离开的mesh节点设备再次回来时，将自动重新加入网络[6]；这种网络的高度智能化，可以大大提升网络的生存能力，保证在恶劣条件下网络的稳定运行；网络内的节点均具备自动多跳接力功能，可实现由16个节点组成的链状网络进行15跳接力传输，扩展传输距离；任意两个节点之间需要进行的信息传输，在节点之间因距离地形等因素限制的情况下，无法直接传输时，均可通过其他节点进行接力中继传输；并具有路径自由选择、路由自动管理等功能，保证信息通过最短路径进行传输，并根据节点之间的实时连接状态选择是否进行
接力中继传输和最优接力中继路径；uwb的测距原理：双向飞行时间法(tw-tof,two way-time of flight)每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳；模块a的发射机在其时间戳上的ta1发射请求性质的脉冲信号，模块b在tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块a在自己的时间戳ta2时刻接收；有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离s；s＝cx[(ta2-ta1)-(tb2-tb1)](c为光速)
[0027]
tof测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(transceiver)之间飞行时间来测量节点间的距离；因为在视距视线环境下，基于tof测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准；我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为ttot,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为ttat,那么数据包在空中单向飞行的时间ttof可以计算为：ttof＝(ttot-ttat)/2
[0028]
然后根据ttof与电磁波传播速度的成绩便可计算出两点间的距离d＝cxttof
[0029]
tof测距方法和两个关键侧约束：
[0030]
1、发送设备和接收设备必须始终同步
[0031]
2、接收设备提供信号的传输时间的长短
[0032]
为了实现始终同步，tof测距方法采用了始终偏移量解决始终同步问题，单由于tof测距方法的时间以来与本地的远程几点，侧距精度容易受两端节点中的始终偏移量的影响；为了减少此类错误的影响，这里采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应；通过平均正向和反向多次测量的平均值，减少对任何始终偏移量的影响，从而减少测距误差；zigbee定位技术测距原理：基于到达时间差的测距法(tdoa)；标签将数据包发送到被基站覆盖的区域内，附近的所有基站都会收到标签的无线信号，但不会返回任何无线信号；由于基站与标签的距离间隔不同，因此消息在不同的时刻到达每个基站；这些时间差乘以空间中恒定的光速得到标签和基站之间的距离差，这样就可以形成多点定位计算的基础，从而确定标签的相对坐标；另外该技术的决定性因素是所有基站必须被同步。
[0033]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。