一种变电站近距离人身定位系统及方法与流程

本发明涉及无线定位领域，更具体地，涉及一种变电站近距离人身定位系统，还涉及一种变电站近距离人身定位方法。

背景技术：

变电站巡检作业人员在作业时会存在安全隐患，需要通过主动防护系统加强电力作业人员的人身安全管理。根据有关规定，110kv电压等级的人身安全距离70cm。传统的gps定位、wifi定位的精度为米级，远远不能达到人身安全管理的要求，因此变电站对人身定位一般采用uwb无线定位技术，而该技术需要在变电站内部署多个基站，以保证定位精度达到厘米级。

然而由于变电站内设备数量众多，高度参差不齐，当基站与目标之间有障碍物时，变电设备会对二者之间传输的信号产生反射或折射，造成传输信号质量下降或无信号，从而产生较大的定位误差，影响对作业人员人身安全的管理。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的定位误差较大的缺陷，提供一种变电站近距离人身定位系统及方法，能有效修正定位误差，提高定位精度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种变电站近距离人身定位系统，包括定位系统、工作票辅助系统、作业可视化系统，其中定位系统用于实时计算定位标签的坐标信息，工作票辅助系统用于识别工作计划、工作票和作业指导书以及生成作业可视化任务和作业人员最优工作路线，作业可视化系统用于在变电站三维场景中显示作业人员位置信息及作业任务信息、推送作业支持信息和给出安防警示；定位系统和工作票辅助系统分别与作业可视化系统连接。

优选地，工作票辅助系统包括工作计划信息识别模块、工作票信息识别模块、作业指导书信息识别模块、作业任务生成模块和最优工作路线规划模块，其中工作计划信息识别模块、工作票信息识别模块、作业指导书信息识别模块分别与作业可视化任务生成模块连接，作业可视化任务生成模块与最优工作线路规划模块连接。

优选地，作业可视化系统包括变电站三维虚拟场景展示模块、作业人员运动轨迹预测模块、作业人员定位坐标修正模块、作业人员位置实时显示模块、作业任务管理模块、作业支持信息推送模块和作业人员安防告警模块；所述作业人员位置实时显示模块、作业支持信息推送模块、作业人员安防告警模块、作业人员运动轨迹预测模块均分别与作业人员定位坐标修正模块连接；所述变电站三维虚拟场景显示模块与作业人员位置实时显示模块连接，所述作业人员定位坐标修正模块分别与定位系统和作业任务管理模块连接，所述作业任务管理模块与工作票辅助系统连接。

优选地，作业任务管理模块功能包括创建作业任务及工作路线、显示作业任务及工作路线、更新作业任务状态，作业任务状态包括未监控、监控中、已完成。

本发明还提出应用于变电站近距离人身定位系统的一种变电站近距离人身定位方法，包括以下步骤：

s1：作业人员在作业可视化系统填写工作计划编号、工作票编号及作业指导书编号；

s2：工作票辅助系统识别工作计划信息、工作票信息及作业指导书信息后根据工作计划、工作票信息及作业指导书信息，创建作业可视化任务并规划三条作业人员最优工作路线；

s3：作业可视化系统显示作业任务及三条作业人员最优工作路线，作业人员选择其中一条最优工作路线；

s4：定位系统向作业可视化系统实时发送作业人员坐标信息；

s5：作业可视化系统计算作业人员的坐标信息与最优工作路线的误差值，判断误差值是否在误差范围内，直至作业人员到达作业区域，作业可视化系统向作业人员推送作业支持信息；当连续出现3个超出误差范围的坐标时，作业可视化系统提示安防告警并在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；当连续出现3个异常坐标时，作业可视化系统预测作业人员坐标，系统在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；

s6：作业人员在作业可视化系统结束该作业任务。

本发明通过一套定位系统、工作票辅助系统和作业可视化系统的结合，构建作业人员作业的三维虚拟场景，规划出作业人员的移动区域和路径，并实时修正定位系统发回的作业人员当前的坐标信息，将超出区域和路径范围的坐标数据进行处理，对超出工作区域的作业人员予以警示，保证作业人员的安全。

优选地，步骤s2中的工作票辅助系统通过工作计划识别模块识别工作计划信息包括计划编号、计划名称、计划类型、停电情况、专业类别、工作负责人、工作班成员、计划开始时间和结束时间。

优选地，步骤s2中的工作票辅助系统通过工作票信息识别模块识别工作票信息包括工作票编号、工作票类型、单位和班组、工作负责人、工作班成员、工作地点、工作任务、计划开始时间和结束时间。

优选地，步骤s2中的工作票辅助系统通过作业指导书信息识别模块识别作业指导书信息包括作业指导书名称、作业对象、作业步骤、工作负责人、工作班成员、作业计划开始时间和结束时间。

优选地，步骤s2中的作业任务生成模块生成作业可视化任务包括作业任务名称、作业区域、作业对象、作业步骤、工作负责人、工作班成员、工作负责人定位标签编号及每个工作班成员的定位标签编号。

优选地，步骤s5中的具体步骤包括：

s51：作业可视化系统计算作业人员的坐标信息与最优工作路线的误差值；

s52：作业可视化系统判断定位系统上报的坐标信息与最优路线误差值是否在误差范围内，若是，执行步骤s53；若否，执行步骤s54；

s53：作业可视化系统判断作业人员是否到达作业区域，若是，作业可视化系统向作业人员推送作业支持信息；若否，作业可视化系统在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；

s54：作业可视化系统判断作业人员坐标信息是否异常，若是，作业可视化系统预测作业人员坐标并在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；若否，当连续出现3个及以上路线偏离坐标时，作业可视化系统提示安防告警并在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：能够修正定位装置产生的误差，有效地提高作业人员的定位精度，对作业人员工作进度进行监控，对超出工作区域的行为予以警示，保证作业安全。

附图说明

图1为本实施例的变电站近距离人身定位系统数据流图。

图2为本实施例的变电站近距离人身定位系统功能模块关系图。

图3为本实施例的一种变电站近距离人身定位方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本实施例的基本思路在于，通过构建变电站的虚拟场景，以及通过识别工作计划、工作票、作业指导书信息，创建作业可视化任务并规划出变电站作业人员的移动区域和路径，通过实时修正定位系统发回的定位标签当前的坐标信息，对异常坐标进行处理并预测作业人员坐标，在变电站三维场景中实时显示人员位置，同时对超出区域和路径范围的非异常坐标数据进行处理，对超出工作区域的作业人员予以警示，保证作业人员的安全。

如图1所示，为本实施例的变电站近距离人身定位系统的数据流图。本实施例提供了一种变电站近距离人身定位系统，包括定位系统、工作票辅助系统和作业可视化系统，其中定位系统和工作票辅助系统分别与作业可视化系统连接。

作业可视化系统向工作票辅助系统发送创建作业可视化任务输入数据；工作票辅助系统根据创建作业可视化任务输入数据，创建作业可视化任务并规划三条作业人员最优工作路线，工作票辅助系统将新建的作业可视化任务信息及三条作业人员最优工作路线返回给作业可视化系统；定位系统向作业可视化系统发送定位标签坐标信息。

如图2所示，为本实施例的变电站近距离人身定位系统功能模块关系图。该变电站近距离人身定位系统主要包括如下子系统及模块：

定位系统：包括三维定位装置和定位程序。其中，三维定位装置包括若干个定位标签和多个定位基站。通过在变电站内部署多个定位基站，然后由定位程序计算出每个定位基站到定位标签的距离，从而解算出定位标签的空间坐标。

三维定位装置为基于超宽带（uwb）的三维定位装置，包括定位基站、定位标签、无线网桥、无线路由、供电装置。其中定位标签通过超宽带（uwb）与定位基站通讯；定位基站通过无线网桥与无线路由通讯；无线路由与定位程序关联；定位标签通过自带的可充电电池供电；定位基站、无线网桥、无线路由均通过供电装置供电。

工作票辅助系统：包括工作计划信息识别模块、工作票信息识别模块、作业指导书信息识别模块、作业可视化任务生成模块和最优工作路线规划模块；其中工作计划信息识别模块、工作票信息识别模块和作业指导书信息识别模块分别与作业可视化任务生成模块关联；作业可视化任务生成模块与最优工作路线规划模块关联。

作业可视化系统：包括变电站三维虚拟场景展示模块、作业任务管理模块、作业人员运动轨迹预测模块、作业人员定位坐标修正模块、作业人员位置实时显示模块、作业支持信息推送模块和作业人员安防告警模块。其中，作业人员位置实时显示模块、作业支持信息推送模块、作业人员安防告警模块、作业人员运动轨迹预测模块、作业任务管理模块均分别与作业人员定位坐标修正模块关联，变电站三维虚拟场景显示模块与作业人员位置实时显示模块关联。

其中，所述作业任务管理模块功能包括创建作业任务及工作路线、显示作业任务及工作路线、更新作业任务状态。所述作业任务状态包括未监控、监控中、已完成。

上述定位系统的定位程序模块与作业可视化系统的作业人员定位坐标修正模块关联，工作票辅助系统的作业可视化任务生成模块与作业可视化系统的作业任务管理模块关联。

工作原理为：作业人员通过作业可视化系统中的作业任务管理模块录入工作计划编号、工作票编号、作业指导书编号，作业任务管理模块将上述录入信息录入到工作票辅助系统的作业可视化任务生成模块，作业可视化任务生成模块通过工作计划信息识别模块、工作票信息识别模块、作业指导书信息识别模块分别识别工作计划、工作票及作业指导书，录入到作业可视化任务生成模块并创建作业可视化任务，最优工作路线规划模块根据作业可视化任务生成模块提供的工作计划、工作票及作业指导书规划三条作业人员最优工作路线并录入到作业可视化任务生成模块，

作业人员通过作业任务管理模块创建的作业任务，选择一条最优工作路线，启动作业任务监控，定位系统中的定位程序实时计算出每个定位基站到定位标签的距离，从而解算出定位标签的空间坐标，并上报给作业可视化系统的作业人员定位坐标修正模块，作业人员定位坐标修正模块判断坐标是否在误差值范围内，若是，则通过作业任务位置实时显示模块在变电站三维虚拟场景展示模块中显示作业人员位置，如果作业人员到达作业区域，则通过作业支持信息推送模块推送作业信息；如果坐标超过误差值范围，则判断是否是异常坐标，如果是异常坐标则通过作业人员运动轨迹预测模块预测人员位置，如果不是异常坐标且连续出现3次，则通过作业人员安防告警模块向作业人员提示安防告警。

如图3所示，本实施例还提供了一种变电站近距离人身定位方法，具体步骤如下：

s1：作业人员在作业可视化系统选择工作计划、工作票及作业指导书；

上述步骤作业人员可以在作业可视化系统通过创建作业任务向导功能模块完成。具体步骤为：

第一步：作业人员在作业可视化系统点击“创建作业任务向导”菜单按钮，作业可视化系统显示创建作业任务向导的第一个界面czy1；

第二步：作业人员在界面czy1上填写工作计划编号、工作票编号及作业指导书编号，作业人员点击“下一步”按钮；

第三步：作业可视化系统显示创建作业任务向导的第二个界面czy2，界面上显示“正在创建作业任务…”的等待提示，同时作业可视化系统调用工作票辅助系统创建可视化作业任务。上述步骤中，工作票辅助系统创建作业可视化任务模块输入参数包括：工作计划编号、工作票编号、作业指导书编号，输出参数包括：作业可视化任务信息，三条作业人员最优工作路线；

s2：工作票辅助系统识别工作计划信息、工作票信息及作业指导书信息，并根据工作计划、工作票及作业指导书信息，创建作业可视化任务信息并规划三条作业人员最优工作路线。

上述步骤工作票辅助系统创建工作任务模块实现的具体步骤为：

第一步：根据工作计划编号识别工作计划信息，工作计划信息包括计划编号、计划名称、计划类型、停电情况、专业类别、工作负责人、工作班成员、计划开始时间和结束时间；

第二步：根据工作票编号识别工作票信息，工作票信息包括工作票编号、工作票类型、单位和班组、工作负责人、工作班成员、工作地点、工作任务、计划开始时间和结束时间；

第三步：根据作业指导书编号识别作业指导书信息，作业指导书信息包括作业指导书名称、作业对象、作业步骤、工作负责人、工作班成员、作业计划开始时间和结束时间；

第四步：根据工作计划信息、工作票信息、作业指导书信息及定位标签信息创建作业可视化任务，作业可视化任务包括作业任务名称、作业区域、作业对象、作业步骤、工作负责人、工作班成员、工作负责人定位标签编号及每个工作班成员的定位标签编号，其中上述步骤工作负责人和工作班成员分配的定位标签是根据参与作业任务的人员列表及空闲的定位标签列表，系统自动给作业人员分配定位标签；

第五步：调用工作票辅助系统作业人员最优工作路线规划模块，其中上述工作票辅助系统调用作业人员最优工作路线规划模块输入参数包括：作业区域、作业对象，输出参数包括：三条作业人员最优作业路线；

第六步：向作业可视化系统返回工作票辅助系统创建工作任务模块的输出参数；

s3：作业可视化系统显示作业任务及三条作业人员最优工作路线，作业人员选择一条路线。

上述步骤作业可视化系统在创建作业任务向导的第二个界面czy2关闭“正在创建作业任务…”的等待提示，同时在界面czy2上显示新建的作业任务信息及三条作业人员最优工作路线，此时该作业任务状态为“未监控”状态；作业人员选择其中一条工作路线并点击“开始监控”按钮，此时该作业任务状态为“监控中”状态，作业可视化系统调用定位系统定位程序模块获取定位标签实时数据接口，上述定位系统的获取定位标签实时数据接口输入参数包括：定位标签编号列表，输出参数包括：操作结果（成功或失败）。

上述定位系统的获取定位标签实时数据接口实现的具体步骤为：根据输入参数，即定位标签编号列表，更新定位系统定位标签坐标实时转发列表，上述定位标签坐标实时转发列表的每一项具体信息包括：作业可视化系统标识和定位标签列表；

s4：定位系统向作业可视化系统实时发送作业人员坐标信息。

上述步骤的具体步骤为：

第一步：定位系统定位程序模块实时计算出每个基站到定位标签的距离，从而解算出定位标签的空间坐标；

第二步：定位系统根据定位标签坐标实时转发列表向作业可视化系统实时发送指定的定位标签坐标信息；

第三步：作业可视化系统根据当前正在监控作业任务信息中定位标签和作业人员的关联关系，得到作业人员坐标信息；

s5：作业可视化系统计算作业人员的坐标信息与最优工作路线的误差值并判断误差值是否在误差范围内，直至作业人员到达作业区域，作业可视化系统向作业人员推送作业支持信息；当连续出现3个超出误差范围的坐标时，作业可视化系统提示安防告警并在三维虚拟场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；当连续出现3个异常坐标时，作业可视化系统预测作业人员坐标，在三维虚拟场景中显示作业人员位置，重复步骤s4。

上述步骤的具体步骤为：

第一步：作业可视化系统计算作业人员的坐标信息与最优路线的误差值；

第二步：作业可视化系统判断定位系统上报的坐标信息与最优路线误差值是否在误差范围内，若是，执行第三步；若否，执行步骤第四步；

第三步：作业可视化系统判断作业人员是否到达作业区域，若是，作业可视化系统向作业人员推送作业支持信息；若否，作业可视化系统在三维虚拟场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；

第四步：作业可视化系统判断作业人员坐标信息是否异常，若是，作业可视化系统预测作业人员坐标并在三维变电站场景中显示作业人员位置，重复步骤s4；若否，当连续出现3个及以上路线偏离坐标时，作业可视化系统提示安防告警并在三维变电站场景中显示作业人员位置；重复步骤s4。

上述步骤预测作业人员坐标的算法采用卡尔曼滤波算法，利用线性定位状态方程，通过输入输出定位数据，对定位坐标进行最优估计。由于定位数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程，通过对下一时刻系统的初始定位坐标估计以及测量得出的反馈相结合，最终得到该时刻较为准确的的定位坐标估计，使其无限逼近系统准确的定位坐标真值；

s6：作业人员在作业可视化系统结束该作业任务，作业任务状态为“已完成”状态。

本发明通过一套定位系统、工作票辅助系统和作业可视化系统的结合，构建作业人员作业的三维变电站场景，规划出变电站作业人员的移动区域和路径，并实时修正定位系统发回的作业人员当前的坐标信息，将超出区域和路径范围的坐标数据进行处理，对超出工作区域的作业人员予以警示，保证作业人员的安全。

本实施例是根据作业人员的工作计划、工作票、作业指导书，创建作业任务并规划工作人员最优工作路线，结合定位系统，通过预测作业人员的行进路线，进一步提高定位精度，对作业人员工作进度进行监控，对超出工作区域的工作人员予以警示，保证作业人员的安全。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。