基于UWB定位动态围栏的隧道安全管理方法、装置及系统与流程

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法、基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置及包括该基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统。

背景技术：

在建造隧道的施工中，对工作人员的定位需求已经是目前人员安全管理的一大重点。传统的隧道作业中，由于作业环境的特殊性，工作人员经常需要面对可能出现的危险情况。

目前，在现有的隧道定位方案中，一般是画一个和隧道同样大小的框作为监管区域，当工作面在不断前移时，会超出当前设定的统计区域，造成人员统计不准，不能有效地实时监管，或者需要工作人员手动来重新设定围栏以适应新开出的工作面。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法、基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置及包括该基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法，其中，隧道被划分为出入口区域、中间区域和施工区域，所述中间区域介于所述出入口区域和所述施工区域之间，所述中间区域位置设置监控装置，所述出入口区域的人员佩戴uwb定位标签，所述施工区域的隧道衬砌台车上设置uwb定位标签；所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法包括：

根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量；

通过监控装置获取中间区域的人员以及隧道衬砌台车活动状态；

根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息，统计施工区域内的人员数量，并设定人员超限值；

显示人员及隧道衬砌台车活动状态、施工区域内的隧道衬砌台车位置信息以及施工区域内的人员位置信息。

优选地，所述根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息，统计施工区域内的人员数量，并设定人员超限值包括：

根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签获取隧道衬砌台车的位置；

以当前隧道衬砌台车的位置作为矩形中心点设置初始围栏；

实时获取当前隧道衬砌台车的位置坐标；

判断当前隧道衬砌台车的位置坐标是否发生变化；

若当前隧道衬砌台车的位置坐标发生变化，则以获取到的当前隧道衬砌台车的新的位置坐标作为矩形中心点重新设置围栏；

根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息；

实时统计施工区域内的人员数量；

判断施工区域内的人员数量是否超过人员超限值；

若施工区域内的人员数量超过人员超限制，则发出人员超限告警信号

优选地，若当前隧道衬砌台车的位置坐标没有变化，则继续实时获取当前隧道衬砌台车的位置坐标。

优选地，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量包括：

设定与uwb定位标签对应的隧道进入权限以及设定出入口区域围栏；

判断是否有人员进出所述出入口区域围栏；

若判定有人员进入所述出入口区域围栏，则统计进入出入口区域的人员的数量；

反之，则统计离开所述出入口区域的人员的数量。

优选地，所述判断是否有人员进出所述出入口区域围栏包括：

根据向量内积法判断是否有人员进出所述出入口区域围栏。

优选地，所述根据向量内积法判断是否有人员进出所述出入口区域围栏包括：

在所述出入口区域围栏处，选定进入出入口区域的方向作为参考向量；

记录人员在所述出入口区域围栏处进入出入口区域时的第一坐标；

记录人员在所述出入口区域围栏处离开出入口区域时的第二坐标；

计算第一坐标到第二坐标的实际向量；

计算所述参考向量与所述实际向量之间的夹角；

根据夹角计算参考向量与实际向量之间的内积，得到内积结果；

判断所述内积结果是否大于0；

若所述内积结果大于0，则判定人员是进入出入口区域；

若所述内积结果小于0，则判定人员是离开出入口区域。

优选地，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量还包括在判定有人员进入所述出入口区域围栏的步骤后进行的：

通过佩戴的uwb定位标签判断人员是否有进入出入口区域的权限；

若判定人员有进入出入口区域的权限，则统计进入出入口区域的人员的数量；

反之，则发出非准入进入的告警信号。

优选地，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量还包括在统计进入出入口区域的人员的数量或者统计离开所述出入口区域的人员的数量的步骤后进行的：

根据进入出入口区域的人员的数量以及离开出入口区域的人员的数量统计当前滞留人员的数量以及滞留人员的名单；

根据当前滞留人员的数量及滞留人员的名单进行自动人员考勤；

根据当前滞留人员的数量及滞留人员的名单判断特定时间内是否有人员滞留；

若在特定时间内有人员滞留，则发出人员滞留告警信号；

若在特定时间内没有人员滞留，则返回统计当前滞留人员的数量及滞留人员的名单。

作为本发明的第二个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置，其中，隧道被划分为出入口区域、中间区域和施工区域，所述中间区域介于所述出入口区域和所述施工区域之间，所述中间区域位置设置监控装置，所述出入口区域的人员佩戴uwb定位标签，所述施工区域的隧道衬砌台车上设置uwb定位标签；所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置包括：

统计模块，所述统计模块用于根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量；

获取模块，所述获取模块用于通过监控装置获取中间区域的人员以及隧道衬砌台车活动状态；

设置模块，所述设置模块用于根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息；

显示模块，所述显示模块用于显示人员及隧道衬砌台车活动状态、施工区域内的隧道衬砌台车位置信息以及施工区域内的人员位置信息。

作为本发明的第三个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统，其中，所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统包括：uwb定位基站、uwb定位标签、监控装置和前文所述的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置，所述uwb定位标签与所述uwb定位基站通信连接，所述uwb定位基站和监控装置均与所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置通信连接。

本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法，通过uwb实时定位，可以直观的有效的看到隧道内人员的实时位置，以及施工区域内的人员数量以及隧道衬砌台车的位置等，增强了施工过程中的安全性；优化uwb定位在隧道中的应用，通过区域拆分，抓住出入口区域和施工作业区管理，解决传统施工中全部需要部署所带来的施工难和费用高的问题。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的隧道区域划分示意图。

图2为本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法的流程图。

图3为本发明提供的出入口区域管理的逻辑流程图。

图4为本发明提供的向量内积法的流程图。

图5为本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法，其中，如图1所示，隧道被划分为出入口区域、中间区域和施工区域，所述中间区域介于所述出入口区域和所述施工区域之间，所述中间区域位置设置监控装置，所述出入口区域的人员佩戴uwb定位标签，所述施工区域的隧道衬砌台车上设置uwb定位标签；如图2所示，所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法包括：

s110、根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量；

s120、通过监控装置获取中间区域的人员以及隧道衬砌台车活动状态；

s130、根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息，统计施工区域内的人员数量，并设定人员超限值；

s140、显示人员及隧道衬砌台车活动状态、施工区域内的隧道衬砌台车位置信息以及施工区域内的人员位置信息。

本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法，通过uwb实时定位，可以直观的有效的看到隧道内人员的实时位置，以及施工区域内的人员数量以及隧道衬砌台车的位置等，增强了施工过程中的安全性；优化uwb定位在隧道中的应用，通过区域拆分，抓住出入口区域和施工作业区管理，解决传统施工中全部需要部署所带来的施工难和费用高的问题。

需要说明的是，针对隧道的特殊存在形式，改变以往全部区域都布设基站的方式为在出入口和施工区布设定位基站，中间层采用视频监控的方式来进行监管。出入口区域：此区域用来做进出判断，统计进出人数，隧道内滞留人数统计，人员考勤，对进入此区域的人员进行权限判断，输出相关告警。中间区域：监控区域内人员、隧道衬砌台车活动情况。施工区域：在此区域内完成人员定位，工作台车定位，人数统计，人员超限告警等功能。

具体地，所述根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息，统计施工区域内的人员数量，并设定人员超限值包括：

根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签获取隧道衬砌台车的位置；

以当前隧道衬砌台车的位置作为矩形中心点设置初始围栏；

实时获取当前隧道衬砌台车的位置坐标；

判断当前隧道衬砌台车的位置坐标是否发生变化；

若当前隧道衬砌台车的位置坐标发生变化，则以获取到的当前隧道衬砌台车的新的位置坐标作为矩形中心点重新设置围栏；

根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息；

实时统计施工区域内的人员数量；

判断施工区域内的人员数量是否超过人员超限值；

若施工区域内的人员数量超过人员超限制，则发出人员超限告警信号。

进一步具体地，若当前隧道衬砌台车的位置坐标没有变化，则继续实时获取当前隧道衬砌台车的位置坐标。

可以理解的是，在施工区域内通过uwb技术对人员和隧道衬砌台车(主要是台车)进行定位，统计施工区域内的人员数量，当超出规定人数时发出告警信息。针对此区域使用施工区动态围栏的方式，以解决作业面与监控区不同步的问题。动态围栏的方法如下：

(1)初始化作业面监控围栏参数，以当前台车的位置作为矩形中心点初始围栏；

(2)获取台车的位置坐标；

(3)如果位置坐标没有变化，则继续执行步骤(2)；

(4)如果位置坐标有变化，则以新坐标为矩形中心点重新绘制围栏。

具体地，针对出入口区域的管理，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量包括：

设定与uwb定位标签对应的隧道进入权限以及设定出入口区域围栏；

判断是否有人员进出所述出入口区域围栏；

若判定有人员进入所述出入口区域围栏，则统计进入出入口区域的人员的数量；

反之，则统计离开所述出入口区域的人员的数量。

进一步具体地，所述判断是否有人员进出所述出入口区域围栏包括：

根据向量内积法判断是否有人员进出所述出入口区域围栏。

进一步具体地，所述根据向量内积法判断是否有人员进出所述出入口区域围栏包括：

在所述出入口区域围栏处，选定进入出入口区域的方向作为参考向量；

记录人员在所述出入口区域围栏处进入出入口区域时的第一坐标；

记录人员在所述出入口区域围栏处离开出入口区域时的第二坐标；

计算第一坐标到第二坐标的实际向量；

计算所述参考向量与所述实际向量之间的夹角；

根据夹角计算参考向量与实际向量之间的内积，得到内积结果；

判断所述内积结果是否大于0；

若所述内积结果大于0，则判定人员是进入出入口区域；

若所述内积结果小于0，则判定人员是离开出入口区域。

如图3和图4所示，关于出入口区域的管理的逻辑具体如下：

(1)为uwb定位标签分配人员和相应权限，在隧道出入口设定进出区域围栏。

(2)当被定位目标进入围栏区域时，首先要对被定位目标进行进出判断，判断方法采用向量内积法。

当通过围栏区域，以进入区域的方向选定一个参考向量a；记下进入围栏的坐标p1(x1,y1)，再记下离开围栏的坐标p2(x2,y2)，那么计算得出p1到p2的向量b，得到两个向量的夹角θ。

向量a和b做内积，得到一个数值z：

如果z大于0，由此得出向量b和向量a在同一方向，所以判定人员是进入行为；

如果z小于0，由此得出向量b和向量a在相反方向，所以判定人员是离开行为。

具体地，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量还包括在判定有人员进入所述出入口区域围栏的步骤后进行的：

通过佩戴的uwb定位标签判断人员是否有进入出入口区域的权限；

若判定人员有进入出入口区域的权限，则统计进入出入口区域的人员的数量；

反之，则发出非准入进入的告警信号。

进一步具体地，所述根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量还包括在统计进入出入口区域的人员的数量或者统计离开所述出入口区域的人员的数量的步骤后进行的：

根据进入出入口区域的人员的数量以及离开出入口区域的人员的数量统计当前滞留人员的数量以及滞留人员的名单；

根据当前滞留人员的数量及滞留人员的名单进行自动人员考勤；

根据当前滞留人员的数量及滞留人员的名单判断特定时间内是否有人员滞留；

若在特定时间内有人员滞留，则发出人员滞留告警信号；

若在特定时间内没有人员滞留，则返回统计当前滞留人员的数量及滞留人员的名单。

可以理解的是，当人员是进入行为时，判断人员是否具备进入隧道的权限，如果有则记录进入目标相关信息，如果没有发送非准许人员进入告警。当人员是离开行为时，记录离开目标的相关信息。

统计进入离开人员名单及数量，用于做自动人员考勤，同时也可以在特定时间做人员滞留管理。

需要说明的是，所述特定时间具体可以是在施工区域进行爆破等工作的时间。

另外，关于中间区域的管理，可以通过监控装置，具体地可以是摄像头进行监控管理来获取中间区域的人员和隧道衬砌台车状态。

因此，本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法，解决了传统隧道施工中员人工点名考勤的问题。优化了uwb定位在隧道中的应用，通过区域拆分，抓住出入口区域和施工作业区管理，解决传统施工中全部需要部署所带来的施工难和费用高的问题。解决了作业面监管不能有效及时跟随作业面前进的问题。

作为本发明的第二个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置，其中，隧道被划分为出入口区域、中间区域和施工区域，所述中间区域介于所述出入口区域和所述施工区域之间，所述中间区域位置设置监控装置，所述出入口区域的人员佩戴uwb定位标签，所述施工区域的隧道衬砌台车上设置uwb定位标签；如图5所示，所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置100包括：

统计模块110，所述统计模块110用于根据人员佩戴的uwb定位标签统计出入口区域的人员进出数量；

获取模块120，所述获取模块120用于通过监控装置获取中间区域的人员以及隧道衬砌台车活动状态；

设置模块130，所述设置模块130用于根据隧道衬砌台车上的uwb定位标签在施工区域设置动态围栏获取施工区域内的隧道衬砌台车位置信息，以及根据人员佩戴的uwb定位标签获取施工区域内的人员位置信息；

显示模块140，所述显示模块140用于显示人员及隧道衬砌台车活动状态、施工区域内的隧道衬砌台车位置信息以及施工区域内的人员位置信息。

本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置，通过uwb实时定位，可以直观的有效的看到隧道内人员的实时位置，以及施工区域内的人员数量以及隧道衬砌台车的位置等，增强了施工过程中的安全性；优化uwb定位在隧道中的应用，通过区域拆分，抓住出入口区域和施工作业区管理，解决传统施工中全部需要部署所带来的施工难和费用高的问题。

关于本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置的具体工作原理可以参照前文的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法的描述，此处不再赘述。

作为本发明的第三个方面，提供一种基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统，其中，所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统包括：uwb定位基站、uwb定位标签、监控装置和权利要求9所述的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置，所述uwb定位标签与所述uwb定位基站通信连接，所述uwb定位基站和监控装置均与所述基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理装置通信连接。

本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统，通过uwb实时定位，可以直观的有效的看到隧道内人员的实时位置，以及施工区域内的人员数量以及隧道衬砌台车的位置等，增强了施工过程中的安全性；优化uwb定位在隧道中的应用，通过区域拆分，抓住出入口区域和施工作业区管理，解决传统施工中全部需要部署所带来的施工难和费用高的问题。

关于本发明提供的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理系统的具体工作原理可以参照前文的基于uwb定位动态围栏的隧道安全管理方法的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。