國家能源集團國源電力有限公司 李建明 王朝飛

安全生產(chǎn)作為電廠管理的重要環(huán)節(jié)，人員安全問題更為凸顯，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術、虛擬現(xiàn)實等前沿技術輔助安全管理成為了趨勢，因此急需研究一套發(fā)電企業(yè)移動人員快速定位方法。

發(fā)電企業(yè)定位人員主要包括電廠職工以及外委人員，對于現(xiàn)場錯綜復雜的設備環(huán)境，人員稍有不慎即有可能發(fā)生人身安全問題，尤其檢修期間，外委人員數(shù)量多、人員素質(zhì)低、安全培訓不到位等各種情況而導致發(fā)生人員安全事件，因此需要對現(xiàn)場作業(yè)人員的工作位置進行實時監(jiān)控，同時對于人員歷史軌跡情況、現(xiàn)場視頻監(jiān)控情況、重大危險源區(qū)域非法闖入情況、到崗到位情況進行監(jiān)控與監(jiān)督，以保障現(xiàn)場人員的安全問題。定位系統(tǒng)可結(jié)合目前已完成建設的視頻系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、兩票等系統(tǒng)，真正實現(xiàn)與安全生產(chǎn)的緊密結(jié)合。

1 人員定位技術選型

目前針對室外定位來說，更多的應用于GPS 進行實時定位，包括對人員、車輛等，對室外信號強度要求高，但是針對發(fā)電企業(yè)來說，更多的是要對室內(nèi)場景如鍋爐房區(qū)域、汽機房區(qū)域等生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時定位，因此GPS 定位方式不太適用。

針對室內(nèi)定位目前比較常見的技術主要有WIFI、藍牙、Zigbee、UWB 等技術，工業(yè)場景的安全定位服務主要針對的是人員與設備，但是對于現(xiàn)場復雜環(huán)境而言，UWB 其抗干擾性、穩(wěn)定性、定位準確性的特點，同時UWB 技術提供厘米級的定位精度使得此技術更加適用于發(fā)電企業(yè)現(xiàn)場復雜環(huán)境的定位要求，因此基于以上UWB 的各種優(yōu)點，選擇采用UWB 超窄脈沖的厘米級無線定位技術[1]，從根本上解決了這一問題，同時針對業(yè)務場景可設置多維度的定位應用。

存在定位（零維定位）：即我們所認知的進入檢測，通過感知被定位的標簽信號強度和精確距離來判斷目標是否進入了識別區(qū)域，通常應用于不需要精準定位的辦公樓、控制樓、小房間等場景。

線性定位（一維定維）：在某些狹長的區(qū)域或場景下，管理人員更關注被定位的目標在線型道路上的移動軌跡，常用的場景有走廊、通道、道路、輸煤棧橋等。

精準定位（二/三維定維）：該種定位模式一般適用于大面積、開闊的場景下，它能提供被定位目標精準的位置坐標（X,Y），同時還能提供樓層高度。常用的場景有汽機房、鍋爐房等。

2 定位算法的選擇

發(fā)電企業(yè)不同于一般的工廠，具有設備多、復雜，危險系數(shù)高等特點，此時不僅需要二維空間定位，更需要三維空間定位，例如電廠的鍋爐普遍都有十幾層樓房高，二維定位便不能滿足定位需求，而UWB 定位技術通常情況下有如下幾種算法：

TDOA（Timedifferent of arrival，時間差定位法）：采用到達時間差進行定位時，通過測量被定為標簽信號到達不同基準站的時間差，利用多組時間差，通過二次函數(shù)相交解算算法，就能確定信號發(fā)射源（標簽）的位置[2]。

TOF（Time offlight，飛行時間法）：基于測距的定位方式，需要被定位的標簽和每個基站發(fā)起測距，測距完成后進行位置計算。零維模式下只需要和一個基站測距即可；一維模式下，至少需要和兩個基站測距；二維模式下，至少要和三個或以上基站測距；特殊模式下，則可以和兩個基站測距等。

AOA（Angle ofArriva，到達角度定位法）：基于相位差的方式計算出信號到基站不同天線的到達角度，即可測算出被定位標簽的大致位置。該算法一般不單獨使用，由于AOA 涉及到角度分辨率的問題，若單純采用AOA 進行定位，離基站越遠定位精度就越差。

綜上所述，UWB 定位技術采用的算法主要有[3]：時差定位技術、信號到達角度測量(AOA)技術、到達時間差定位(TDOA)和飛行時間定位(TOF)等。本系統(tǒng)采用TOF 算法進行測距，TOF 是一種雙向測距技術，它通過測量UWB 信號在基站與標簽之間往返的飛行時間來計算距離。其基本原理是基站連續(xù)發(fā)射UWB 信號到被觀測物體（標簽）上，標簽接收到信號后，發(fā)送UWB 信號給基站。通過測量UWB 信號飛行（往返）時間來得到目標物距離，基于TOF 測距方法是隨距離呈線性關系，所以結(jié)果會更加精準[4]。

3 三維可視化技術應用

人員快速定位展現(xiàn)手段以電廠三維高保真模型為基礎，展現(xiàn)電廠廠區(qū)、生產(chǎn)現(xiàn)場人員定位情況。三維場景的搭建主要依托3DMAX建模技術以及UNITY 3D 引擎得以實現(xiàn)，使用三維可視化平臺不僅可以將真實環(huán)境形象逼真的展現(xiàn)在眼前，更可以將與定位相結(jié)合的業(yè)務無縫融合到平臺中[5]。

在三維場景中實現(xiàn)廠區(qū)綠化的制作與現(xiàn)場實際環(huán)境一致，綠化效果真實、美觀。廠區(qū)建筑物、道路、設備的位置坐標準確，偏差≤0.3m，滿足人員定位的要求。道路紋理與現(xiàn)場一致，主道路中地面指示線類按照現(xiàn)場實際情況制作，實現(xiàn)真正的電廠模擬還原。高保真制作設備外形結(jié)構(gòu)，對于設備上的臟跡、銹跡、破損美化處理。室外設備模型位置、尺寸精準，與現(xiàn)場實際設備偏差≤0.3m。室內(nèi)設備模型與現(xiàn)場實際偏差≤0.2m。設備紋理、結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場設備一致，能真實反映現(xiàn)場的設備和生產(chǎn)環(huán)境。

在建模之前利用3D 激光掃描技術進行基礎模型數(shù)據(jù)的收集，并滿足定位對模型精度的要求。3D 激光掃描技術是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖形數(shù)據(jù)。采用3D 激光掃描技術，生成與現(xiàn)場環(huán)境一致的點云位置信息，掃描精度偏差在±3～5cm，確保三維建模位置、尺寸精準。

綜上，通過采用UWB 定位技術并結(jié)合TOF 定位算法用于發(fā)電企業(yè)工作人員的定位，使得定位誤差有了很大的改善，可以將定位誤差限制在很小范圍內(nèi)，有著較好的穩(wěn)定性，同時結(jié)合三維可視化展現(xiàn)技術，將定位數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)進行綜合展現(xiàn)更加直觀、立體的進行人員監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。