一种变电站作业区域人员的定位系统及方法与流程

1.本发明涉及定位技术领域，更具体的说，涉及一种变电站作业区域人员的定位系统及方法。


背景技术：

2.变电站作为电力系统的重要组成部分以及稳定运行的重要环节，关系着整个电网运行的安全和效率。变电站中分布着各种重要的变电设备，现有技术采取视频监控和围栏防护等方法对这些变电设备进行安全管控。
3.然而，目前变电站所有的防护措施，无论是视频监控或者是围栏防护，主要依赖现场作业人员以及后台人工管理，当现场作业人员进入变电站后，现有的摄像头监控难以准确监控到现场作业人员的位置信息，因此，对巡视不到位以及现场作业人员靠近或误入带电区域的情况不能及时发现，容易出现人身事故、设备事故等情况，从而对变电站甚至整个电力系统造成严重影响。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明公开一种变电站作业区域人员的定位系统及方法，以实现现场作业人员进入变电站作业区时可实现对现场作业人员的定位，并能够在变电站三维仿真模型中实时显示现场作业人员的定位点，从而能够及时发现现场作业人员巡视不到位、靠近或误入带电区域的情况，有效避免人身事故、设备事故的发生，保证变电站甚至整个电力系统的安全稳定运行。
5.一种变电站作业区域人员的定位系统，包括：
6.定位标签，用于在用户进入变电站作业区时佩戴在所述用户身上，接收所述用户发送的开启指令，根据所述开启指令不间断的向外发送无线信号；
7.至少两个定位基站，每个所述定位基站用于接收所述定位标签不间断发送的所述无线信号，并记录每次的无线信号接收时间，其中，各个所述定位基站设置在变电站内的位置不同；
8.服务器，分别与各个所述定位基站通信连接，用于获取各个所述定位基站当前记录的所述无线信号接收时间，基于各个所述无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定所述定位标签的当前位置，将所述当前位置确定为佩戴所述定位标签的所述用户在所述变电站中的定位点，并在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。
9.可选的，所述定位标签为uwb定位标签，所述定位基站为uwb定位基站。
10.可选的，各个所述定位基站通过交换机与所述服务器通信连接。
11.可选的，所述交换机包括：poe交换机和以太网交换机；
12.所述poe交换机的一端与各个所述定位基站连接，所述poe交换机的另一端通过所述以太网交换机与所述服务器连接。
13.可选的，所述定位系统还包括：摄像头；
14.所述摄像头安装在所述变电站内，与所述poe交换机连接，用于采集对所述变电站的监控视频，并将所述监控视频通过所述poe交换机发送至所述服务器。
15.可选的，所述定位系统还包括：终端；
16.所述终端通过所述以太网交换机与所述服务器连接，用于远程访问所述服务器中存储的对所述用户在所述变电站内的定位信息，并能够显示所述用户在所述变电站三维仿真模型中的定位点。
17.一种变电站作业区域人员的定位方法，应用于上述所述的定位系统中的服务器，所述定位方法包括：
18.获取各个定位基站当前记录的无线信号接收时间；
19.基于各个所述无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置；
20.将所述当前位置确定为佩戴所述定位标签的用户在变电站中的定位点，并在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。
21.可选的，所述基于各个所述无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置，包括：
22.基于每个所述定位基站记录的相邻的所述无线信号接收时间，确定每个所述定位基站与所述定位标签之间的无线信号传输时间；
23.基于无线信号传输速度以及每个所述定位基站对应的所述无线信号传输时间，确定每个所述定位基站与所述定位标签之间的当前距离；
24.基于各个所述当前距离确定所述定位标签的所述当前位置。
25.可选的，所述基于各个所述当前距离确定所述定位标签的所述当前位置，包括：
26.以每个所述定位基站为中心，以每个所述定位基站对应的所述当前距离为半径绘制圆；
27.将各个圆的交点确定为所述定位标签的所述当前位置。
28.可选的，还包括：
29.获取预设时间段内所述用户在所述变电站中的各个所述定位点；
30.将各个所述定位点进行连线，得到所述预设时间段内所述用户在所述变电站中的移动轨迹。
31.可选的，还包括：
32.判断所述用户在所述变电站中的所述定位点是否在所述变电站的作业区域；
33.如果否，则向所述定位标签输出告警信号。
34.可选的，所述告警信号为震动告警信号和/或语音告警信号。
35.可选的，所述变电站三维仿真模型的构建过程包括：
36.获取所述变电站内所有硬件设施的属性信息；
37.对所有所述属性信息采用三维虚拟仿真技术，构建得到所述变电站三维仿真模型。
38.从上述的技术方案可知，本发明公开了一种变电站作业区域人员的定位系统及方法，定位系统包括定位标签、至少两个定位基站和服务器，定位标签佩戴在用户身上，当用户进入变电站作业区开启定位标签时，定位标签就会向各个定位基站不间断发送无线信
号，各个定位基站记录每次的无线信号接收时间并发送至服务器，服务器基于各个无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置，并将该当前位置确定为佩戴定位标签的用户在变电站中的定位点，在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。由此可知，本发明在现场作业人员进入变电站作业区时可实现对现场作业人员的定位，并能够在变电站三维仿真模型中实时显示现场作业人员的定位点，从而能够及时发现现场作业人员巡视不到位、靠近或误入带电区域的情况，有效避免人身事故、设备事故的发生，保证变电站甚至整个电力系统的安全稳定运行。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
40.图1为本发明实施例公开的一种变电站作业区域人员的定位系统示意图；
41.图2为本发明实施例公开的另一种变电站作业区域人员的定位系统示意图；
42.图3为本发明实施例公开的一种变电站作业区域人员的定位方法流程图；
43.图4为本发明实施例公开的另一种变电站作业区域人员的定位方法流程图。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
45.本发明实施例公开了一种变电站作业区域人员的定位系统及方法，定位系统包括定位标签、至少两个定位基站和服务器，定位标签佩戴在用户身上，当用户进入变电站作业区开启定位标签时，定位标签就会向各个定位基站不间断发送无线信号，各个定位基站记录每次的无线信号接收时间并发送至服务器，服务器基于各个无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置，并将该当前位置确定为佩戴定位标签的用户在变电站中的定位点，在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。由此可知，本发明在现场作业人员进入变电站作业区时可实现对现场作业人员的定位，并能够在变电站三维仿真模型中实时显示现场作业人员的定位点，从而能够及时发现现场作业人员巡视不到位、靠近或误入带电区域的情况，有效避免人身事故、设备事故的发生，保证变电站甚至整个电力系统的安全稳定运行。
46.参见图1，本发明实施例公开的一种变电站作业区域人员的定位系统示意图，该定位系统包括：定位标签11、至少两个定位基站12和服务器13，其中，各个定位基站12设置在变电站内的位置不同。
47.其中，定位标签11用于在用户进入变电站作业区时佩戴在所述用户身上，接收所述用户发送的开启指令，根据所述开启指令不间断的向外发送无线信号。
48.需要说明的是，本实施例中的用户指的是在变电站作业区工作的现场作业人员。
49.在实际应用中，定位标签11可以安装在作业人员的安全帽上，或是佩戴在作业人员的工作牌上，等等。定位标签11的佩戴位置依据实际需要而定，本发明在此不做限定。
50.具体的，当作业人员佩戴上定位标签11进入变电站作业区时，现场作业人员通过打开定位标签11的工作电源向定位标签11发送开启指令，定位标签11开启后会不间断的向外发送无线信号，该无线信号可以为电磁波。
51.每个定位基站12用于接收定位标签11不间断发送的无线信号，并记录每次的无线信号接收时间。
52.服务器13分别与各个所述定位基站12通信连接，用于获取各个所述定位基站12当前记录的所述无线信号接收时间，基于各个所述无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定所述定位标签11的当前位置，在预先构建的变电站三维仿真模型中标记所述当前位置，并将所述当前位置确定为佩戴所述定位标签11的用户在所述变电站中的定位点。
53.其中，到达时间差(time difference of arrival，tdoa)方法是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离(距离＝时间*电磁波速度)。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆，圆的交点就是信号源的位置)，就能确定信号源的位置。由于绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号源的位置。
54.本实施例预先构建了变电站三维仿真模型，服务器13在对各个定位基站12当前记录的无线信号接收时间确定定位标签11的当前位置后，也就确定了佩戴该定位标签11的作业人员的当前位置，同将作业人员的当前位置在变电站三维仿真模型中进行标记，可以方便直接的知晓作业人员在变电站中的定位点，实现对作业人员的定位。
55.综上可知，本发明公开了一种变电站作业区域人员的定位系统，包括定位标签11、至少两个定位基站12和服务器13，定位标签11佩戴在用户身上，当用户进入变电站作业区开启定位标签11时，定位标签11就会向各个定位基站12不间断发送无线信号，各个定位基站12记录每次的无线信号接收时间并发送至服务器13，服务器13基于各个无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签11的当前位置，并将该当前位置确定为佩戴所述定位标签11的用户在所述变电站中的定位点，在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。由此可知，本发明在现场作业人员进入变电站作业区时可实现对现场作业人员的定位，并能够在变电站三维仿真模型中实时显示现场作业人员的定位点，从而能够及时发现现场作业人员巡视不到位、靠近或误入带电区域的情况，有效避免人身事故、设备事故的发生，保证变电站甚至整个电力系统的安全稳定运行。
56.较优的，定位标签11可以为uwb定位标签，定位基站12可以为uwb定位基站。
57.uwb(ultra wide band，超宽带)技术是一种无线载波通信技术，它利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。uwb技术能够发送和接收具有纳秒或亚纳秒极窄脉冲来传输数据，具有穿透力强、功耗低、安全性高、能提供精确定位等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。
58.本发明中uwb定位标签作为信号源向外发送无线信号，uwb定位基站接收uwb定位标签发送的无线信号。本发明基于uwb高精度定位系统，通过对进入变电站作业区域的现场作业人员进行实时定位，有效消除供电作业工程中的安全隐患。
59.本发明将uwb技术与三维建模结合，实现对现场作业人员的精准定位。具体为：本发明采用最新的三维虚拟仿真技术，将变电站内所有硬件设施绘制成对应的三维图形，并与实际场景坐标系对应，现场作业人员位置结合实时定位，将进站所有人员虚拟实景全部展现出来。
60.为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例公开的另一种变电站作业区域人员的定位系统示意图，在图1所示实施例的基础上，定位系统还可以包括：交换机14，各个定位基站12通过交换机14与服务器13连接。
61.交换机14作为数据传输设备，可以与各个定位基站12以及服务器13采用有线网和无线网组件一个小型局域网，其主要作用是将各个定位基站12连接起来，形成一个定位基站12与服务器13之间数据传输的通道。
62.较优的，交换机14可以包括：poe((power over ethernet，有源以太网)交换机141和以太网交换机142。
63.poe交换机的141一端与各个定位基站12连接，poe交换机141的另一端通过以太网交换机142与服务器13连接。
64.为进一步优化上述实施例，定位系统还可以包括：摄像头15，摄像头15安装在变电站内，与poe交换机141连接，用于采集对所述变电站的监控视频，并将所述监控视频通过所述poe交换机141发送至所述服务器13。
65.本发明建立了基于uwb定位的变电站现场作业监控环境，根据变电站的现场勘查情况，结合采集设备安装距离和角度并保证识别管控的精准度，布署安装固定摄像头15，针对现场环境进行监控，启用uwb系统的视频联动功能，对现场人员移动轨迹，误入带电间隔等危险违章行为进行管控。
66.为进一步优化上述实施例，定位系统还可以包括：终端16，终端16通过以太网交换机142与服务器13连接，用于远程访问服务器13中存储的对用户在变电站内的定位信息，并能够显示用户在变电站三维仿真模型中的定位点。
67.与上述实施例相对应，本发明还公开了一种变电站作业区域人员的定位方法。
68.参见图3，本发明实施例公开的一种变电站作业区域人员的定位方法流程图，该方法应用于图1和图2所示实施例中的服务器，该定位方法包括：
69.步骤s101、获取各个定位基站当前记录的无线信号接收时间。
70.当作业人员佩戴上定位标签进入变电站作业区时，现场作业人员通过打开定位标签的工作电源向定位标签发送开启指令，定位标签开启后会不间断的向外发送无线信号，每个定位基站接收定位标签不间断发送的无线信号，记录每次的无线信号接收时间，并将该无线信号接收时间发送至服务器。
71.步骤s102、基于各个无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置。
72.到达时间差方法是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离(距离＝时间*电磁波速度)。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆，圆的交点就是信号源的位置)，就能确定信号源的位置。由于绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号源的位置。
73.步骤s103、将定位标签的当前位置确定为佩戴定位标签的用户在变电站中的定位点，并在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。
74.本实施例预先构建了变电站三维仿真模型，服务器在对各个定位基站当前记录的无线信号接收时间确定定位标签的当前位置后，也就确定了佩戴该定位标签的作业人员的当前位置，同将作业人员的当前位置在变电站三维仿真模型中进行标记，可以方便直接的知晓作业人员在变电站中的定位点，实现对作业人员的定位。
75.在实际应用中，在构建变电站三维仿真模型时，可以获取获取变电站内所有硬件设施的属性信息，对所有硬件设施的属性信息采用三维虚拟仿真技术，构建得到变电站三维仿真模型。
76.综上可知，本发明公开了一种变电站作业区域人员的定位方法，服务器获取各个定位基站当前记录的无线信号接收时间，基于各个无线信号接收时间，采用到达时间差方法确定定位标签的当前位置，将定位标签的当前位置确定为佩戴定位标签的用户在变电站中的定位点，并在预先构建的变电站三维仿真模型中标记。由此可知，本发明在现场作业人员进入变电站作业区时可实现对现场作业人员的定位，并能够在变电站三维仿真模型中实时显示现场作业人员的定位点，从而能够及时发现现场作业人员巡视不到位、靠近或误入带电区域的情况，有效避免人身事故、设备事故的发生，保证变电站甚至整个电力系统的安全稳定运行。
77.为进一步优化上述实施例，步骤s102具体可以包括：
78.基于每个定位基站记录的相邻的无线信号接收时间，确定每个定位基站与定位标签之间的无线信号传输时间；
79.基于无线信号传输速度以及每个所述定位基站对应的所述无线信号传输时间，确定每个定位基站与定位标签之间的当前距离；
80.基于各个当前距离确定定位标签的当前位置。
81.其中，每个定位基站与定位标签之间的当前距离为无线信号传输时间与无线信号传播速度的乘积，通常无线信号传输速度是已知的，因此，在确定每个定位基站与定位标签之间的无线信号传输时间后，就可以得到每个定位基站与定位标签之间的当前距离。
82.其中，基于各个当前距离确定定位标签的当前位置的过程具体可以包括：
83.以每个定位基站为中心，以每个定位基站对应的当前距离为半径绘制圆，将各个圆的交点确定为定位标签的当前位置。
84.为进一步优化上述实施例，参见图4，本发明实施例公开的另一种变电站作业区域人员的定位方法流程图，在图3所示实施例的基础上，在步骤s103之后，还可以包括：
85.步骤s104、获取预设时间段内用户在变电站中的各个定位点；
86.步骤s105、将各个定位点进行连线，得到预设时间段内用户在变电站中的移动轨迹。
87.其中，预设时间段指的是现场作业人员在变电站中的作业时间段，具体取值依据实际需要而定，本发明在此不做限定。
88.具体的，当确定预设时间段内现场作业人员在变电站三维仿真模型中的各个定位点后，通过将各个定位点连线，即可得到预设时间段内现场作业人员在变电站的移动轨迹，从而便于对现场作业人员误入非作业区等危险违章行为进行管控。
89.为进一步优化上述实施例，在步骤步骤s103之后，还可以包括：
90.判断用户在变电站中的定位点是否在变电站的作业区域；
91.如果否，则向定位标签输出告警信号。
92.其中，告警信号可以为震动告警信号和/或语音告警信号等。
93.在实际应用中，本发明将变电站的设备区从空间上分为带电区域和作业区域，若根据现场作业人员在变电站的定位点确定现场作业人员的位置潮吹作业区域(包括相邻带电间隔、作业区域上方带电空间)时，则向现场作业人员佩戴的定位标签发送告警信号，比如，使定位标签进行震动告警，同时可以进行语音告警，提醒现场作业人员及时纠正违章行为，运维值班人员可通过视频联动功能查看各摄像头的视频画面，及时纠正违章行为。
94.本实施例中的定位标签可以具备语音输出功能，当然，也可以联动现场ip广播语音告警。
95.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
96.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
97.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。