7基于UWB定位智能巡检系统建设应用方案


 


郑州联睿电子科技有限公司

2017年1月


1   背景与意义

1.1        项目背景

随着室内定位技术、网络通信技术、移动计算技术、全球定位技术、地理信息系统等技术的发展,针对巡检工作的信息化实际需要,开发一套满足实际生产需要室内外融合的巡检系统,已成为电力巡检系统的发展方向的新方向、电力巡检区域有室内区域和室外区域,在室内区域由于GPS无法提供位置服务,这时可以室内定位系统提供位置服务。

电力行业对安全性有着非常高的要求,其中安全性包括设备的安全可靠和人员的生命安全。水电站事故主要包括设备发生故障和人员伤亡两种。其中,人生命安全尤为重要。一旦发生人身伤亡事故,将带来极为惨重的损失和伤害。究其因果,大多数是因为操作人员在巡检过程中没有按照事先要求的操作规范进行操作或操作失误导致的。作为输变电的重要环节--水电站的安全运行就显得非常重要,它将直接影响到整个电力事业的发展方向和电力建设的前途。水电站的正常运行靠个人的知识和经验是远远不够的。水电站中存在着诸多的技术手段检测设备的正常运行,但作为安全的重要环节,现场巡检和人员安全监管是必不可少的。然而目前没有一种对人员操作的检测系统,不能保障到安全区域的人工外界操作。室内区域安全防护也是安全防护的难点和痛点。

巡检系统的扩展系统结合现有的系统巡检系统,对系统进行扩展和二次开发,保证前期的投资,提供企业经济效益、改善原有系统的工作流程、提高巡检的效率、智能化水平。

1.2        建设目标与意义

巡检扩展系统,兼容现巡检系统开发出水电站数据采集处理平台,能够得到巡检的实时位置,做到自动巡检签到、巡检数据实时上传,对现有功能进行极大的扩展,系统具有开放的API接口,便于用户与原有的水电站工作系统进行集成和二次开发。

郑州联睿电子科技有限公司研发的基于脉冲超宽带(IR-UWB)技术的U-Loc室内厘米级实时定位系统,具有定位精度高、系统稳定性强、抗多径效果好,发射功率低、辐射量小等优点,利用U-Loc系统开发的室内定位系统克服了传统RFID巡检系统在巡检过程中, 巡检点需人工扫描,不够自动化,对巡检目标设备进行自动定位和巡检人员位置进行自动比对,提高电力巡检的智能化、自动化水平,保障水电站设备和人员安全,提高现有水电站巡检工作效率,降低工人的巡检强度。

2   方案介绍

2.1        方案概述

为了在现有系统进行扩展,体现室内单位特点。系统中增加了室内定位特有功能模块,为实现系统统一化、集中化的管理要求,巡检扩展系统可以与现在运行的系统进行接口,支持多种接口对接方案,满足后续的扩展和开发。

2.2        系统架构

电站室内定位系统是基于U-Loc室内厘米级实时定位系统为主要技术支撑,融合目前现有的系统GPMS系统、把U-LOC定位数据实时存储在GPMS数据库中,GPMS系统通过U-LOC定位引擎得到人员和设备实时位置信息。系统构架如图所示。

基于UWB定位智能巡检系统架构示意图

1、电厂巡检后台管理系统

    后台管理系统支持对巡检工作进行计划和任务制定,通过数据同步将任务下载到指定班组的巡检终端上,从而实现巡检任务的管理、监督。后台管理系统能管理包括设施台帐和班组/人员等在内的基础资料,还能够灵活地自定义检查项、缺陷标准描述等内容。

2、巡检APP系统

用于巡检的手持终端APP将标签信息和手持终端进行关联,通过局域网实现实时位置的查看和导航,在巡检时可查看工作人员自身实时的精准位置,并可通过输入起始点和目标位置得到导航信息;并支持现场采集信息,及时上报发现的问题;同时支持常见的智能手机以及平板等终端设备。

2.3        系统网络结构

本系统运行于局域网中,硬件主要由服务器、后台终端PC机、巡检终端等组成,当巡检前端需要进行实时定位和数据传输功能时,需要后台服务器由需要开通Internet网络,巡检终端通过网络,将数据回传或下载。系统网络结构图如下:

系统网络结构图

巡检人员在PC手持终端上接收到巡检任务信息,在外出巡视时手持终端通过UWB电子标签系统设备,获取现场巡视坐标进行定位,定位后根据定义的设备巡视项进行逐项进行巡视,记录数据内容。实时将巡视结果通过网络上传到巡视管理主机上。

2.4        工作原理

基于UWB定位智能巡检系统主要由定位标签,定位基站,手持设备和后台管理软件组成。

在示范区域内架设基站,为巡检人员以及关键巡检点配置定位标签,定位标签发射超宽带定位信号,定位基站接收解调定位信号,将数据传回后台管理中心,后台管理中心通过优化的高精度定位算法,解算出巡检点和巡检人员的位置信息,并将位置信息及运动轨迹在基于UWB定位智能巡检系统显示。巡检人员通过手持设备可以自动或手动上报巡检信息,后台管理中心会自动的进行处理、分析、统计、制作报表等。

管理人员可通过电脑客户端(或Web客户端)登陆系统平台,随时查看各部门、各人的巡检到位情况,结合电子地图可查看水电站信息,巡检轨迹,异常点分布等,从而实现了对巡检工作信息化、数字化、网络化、图形化的管理,为巡检制度的落实及资源管理提供了技术保障。

基于UWB定位智能巡检系统工作原理示意图

2.5        系统功能

水电厂巡检系统结合现有PDA巡检后台系统分为融合巡检后台管理系统和巡检APP两大部份组成,融合巡检模块使用原有巡检模块有各种管理功能,结合室内定位特点,扩展如下的功能

2.5.1   巡检后台管理系统

2.5.1.1     室内定位标签管理模块

l  标签管理

本模块主要管理室内标签相关信息、RFID标签对应关系。实现了定位标签信息的录入、标签信息的修改、标签信息删除等管理功能。

2.5.1.2      人员管理模块

l  实时监控

巡检人员配备不同ID编号的标签,并与自身信息一同输入数据库中。巡检人员在巡检过程中,示范区域内的定位基站不断收到该巡检人员佩戴定位标签发射的定位信号,经后台定位引擎解算出巡检人员的精准位置,并在电子地图上显示。管理者在后台很容易查看到巡检人员的位置,并能监督巡检人员是否按照指定的路线对电站及附属进行巡检,提高巡检工作的质量,保证管线状态和设施运行数据的真实性。

l  考核报表

利用超宽带定位系统实时获取巡检人员或设备的位置信息,统计巡检人员巡检的线路,是否到达巡检点位置等信息,通过百分比的形式准确反映巡视的相关情况,通过数值形式统计巡视量,客观考核巡视人员的到位情况。

2.5.1.3     设备坐标管理模块

l  坐标管理

本模块主要在现有PDA巡检基础上、增加一个设备的坐标信息的管理,实现了设备坐标数据的录入、查询、修改、删除等操作

2.5.1.4     室内定位历史数据管理模块

l  历史数据管理

本模块主要实现了对室内定位数据历史查询、删除等操作。

2.5.1.5     二、三维一体化展示

l  二、三维展示

二、三维一体化展示是指利用虚拟现实技术克服二维显示技术的平面视觉效应,让观察者能够获得观察物体的立体视觉效果。二、三维一体化展示指三维立体显示,结合二维平面导航图和现场实时监控图。

二、三维一体化展示图

2.5.1.6     权限管理

权限管理系统,根据用户所拥有的权限级别,分配给用户对应级别的操作权限,操作人员登录后,根据所拥有的权限级别,显示对应的功能模块。本系统主要包括用户管理、组织结构管理、角色管理、功能管理四个功能模块。具有修改用户权限的操作员能够对各个部门、机构、人员进行管理,可以自定义岗位职责,分配不同的操作权限。

l  用户管理

对用户信息进行管理,也可以查看用户所属角色、所属机构和拥有的功能。

l  组织机构管理

对组织机构信息进行管理,也可以编辑其包含的用户和查看所属角色。

l  角色管理

对角色信息进行管理,也可以编辑各角色包含用户、包含机构及可操作的功能。

l  功能管理

对功能信息进行管理,也可以查看可操作各功能的都有哪些角色。

2.5.1.7     系统配置管理

系统配置主要的功能有系统管理员对初级密码和用户名进行修改,对系统的肤色管理,地图的设置。

2.5.2   巡检APP功能

巡检前端是发电巡检的应用终端,用于巡检的手持终端APP将标签信息和手持终端进行关联,通过局域网实现实时位置的查看和导航,在巡检时可查看工作人员自身实时的精准位置,并可通过输入起始点和目标位置得到导航信息,跟踪巡检的到位情况、记录巡视记录、填写缺陷、记录运行记录、信息查询等,巡检前端的主要功能组成如下:

2.5.2.1     任务管理

l  巡检任务

自动接收日常巡检任务,任务中包括具体电厂、电厂设备及检查项目、提醒内容、任务时间、任务地点、任务类型、任务内容等。

l  通知公告

自动接收企业下发的通知与公告信息,并且自动提醒,让员工第一时间知道领导的工作安排,自动化考核任务完成情况,提升企业整体调度能力和反映能力。

2.5.2.2     巡检点标定

当巡检人员在巡检过程中发现问题,可以在该位置放置定位标签,准确标定巡检点的位置,管理者在后台可以查看巡检点的具体位置,方便对该处进行持续跟踪。另外,可以将故障类型以及设施类型(如阀门,开关等)与不同类型的标签进行绑定,通过查询标签的类型则能获取到哪些设施出现哪种故障,为接下来及时,快速的做出正确的决定提供必要的信息。

图2.5特殊位置标定示意图

2.5.2.3     巡检路径导航

l  路径导航

可通过输入起始点位置和目标点位置得到路线的导航信息,或根据自身的位置信息输入目标位置得到导航路线,辅助工作人员快速有效地找到目标地址;也可在手持终端APP中选择固定的可选路线,即工作人员根据不同的职责选定对应的路线进行巡检,通过标签和手持终端的联动,可保证巡检路线的正确,杜绝安全隐患;

2.5.2.4     巡检管理

l  查询信息

查看电厂的电厂设备的基础资料信息,历史曾经发生的缺陷,历史缺陷的处理情况、是否消除等。

查看设备的危险点及工器具,按巡检顺利,对设备及设备对应的巡视项目进行逐个巡视,每巡视完成一个设备,系统自动记录巡视的时间、人员、坐标、到位情况等详细信息。

l  巡检记录

巡检工作过程中准确地记录巡检时间、巡检地点、巡检人员、巡检事项、缺陷记录与消除验收、巡检轨迹等重要信息。

l  任务记录

以文字描述、拍照、录像等方式记录巡检现场情况

l  事件上报

巡检人员遇到突发事件,可实时拍照报警上传,实时接收显示,并记录相关处理意见及信息。

2.5.2.5     危险报警

l 紧急事件

一键式报警,快速响应。把发现问题到处理问题的时间缩短到最短,为处理突发事件节约时间,有效降低重大事故发生。

l 设备故障报警

自动记录各个设备运行状态及设备参数,超出正常范围值自动发起报警通知,管理者通过报警信息,迅速排除设备故障,降低事故的损失。

l 隐患报警

根据图像、视频等可视资料记录及上报,系统自动分析数据,检查是否含隐患信息,同时服务端触发报警提示,留档保存以供日后处理,有避免口头通报后遗漏、遗忘造成不必要的损失。

l 超速报警

规范人员的巡检速度,超出后手持端及服务端自动触发报警提示。如领导需要巡检人员步行巡检,而有些巡检员骑车或开车,超速工作起不到应有的工作效果,通过超速报警就可以有效防止人员超速巡检。

 

3   实施方案介绍

3.1        方案简介

电站室内定位系统目的是用超宽带定位技术保护工作人员的安全,提高电站巡检效率等。

3.1.1   项目实施流程

   

图 3.1目实施流程

4   公司介绍

郑州联睿电子科技有限公司是广州中海达卫星导航技术股份有限公司旗下企业,是专业从事高精度定位、安防监管等相关技术的研究和开发工作的技术创新型企业。

公司拥有一支由多位海内外信息领域的资深专家带领的专业研发团队,其中20%以上拥有博士学历,50%以上拥有硕士及以上学历。公司拥有多名研发能力强、技术水平高和工程化实践经验丰富的工程技术带头人,在室内外高精度定位技术方面拥有强大的研发实力。

联睿电子一直以来坚持以独立自主,技术创新为主导,打造行业内领先的室内、外一体化实时高精度定位系统,推动高精准位置信息服务行业的发展。公司的战略发展思想是将国际上最先进的无线通讯技术,定位技术,以及射频技术进行整合,同时结合国内市场发展,在产品开发和设计上不断创新,完全掌握无线实时高精准定位系统的核心技术和自主知识产权。通过“共赢、互动”的市场策略成为国内领先的实时定位系统供应商,为客户带来最全面最优质的解决方案。

联睿电子自主研发的U-Loc室内厘米级实时定位系统,定位精度高,功耗低,辐射小,能够同步、精准、实时地为用户提供给定区域内的人员和设备的瞬间位置和运动信息,便于用户直观地从全局把握现场情况从而做出决策,在精准度、实时性、稳定性、覆盖面、适用性等方面均具有较大的优势,可广泛应用于大型商超、智能巡检、仓储物流、智慧医疗、智能工厂、模拟训练、室内导航、展品监管、监狱管理等领域的人员和设备实时精准定位。

公司于2012年获科技部中小企业创新基金; 2013入选年科技部科技创新推进计划;2014年建立了郑州市“无线高精度定位”工程技术研发中心。2016年成为“智汇郑州·1125聚才计划”首批创业领军团队之一。

联睿电子上下团结一致,致力于打造全球知名的实时精准定位品牌,成为无线精准定位技术行业领军者!



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