7基於UWB定位智能巡檢系統建設應用方案


 


鄭州聯睿電子科技有限公司

2017年1月


1   背景與意義

1.1        項目背景

隨着室內定位技術、網絡通信技術、移動計算技術、全球定位技術、地理信息系統等技術的發展,針對巡檢工作的信息化實際需要,開發一套滿足實際生產需要室內外融合的巡檢系統,已成為電力巡檢系統的發展方向的新方向、電力巡檢區域有室內區域和室外區域,在室內區域由於GPS無法提供位置服務,這時可以室內定位系統提供位置服務。

電力行業對安全性有着非常高的要求,其中安全性包括設備的安全可靠和人員的生命安全。水電站事故主要包括設備發生故障和人員傷亡兩種。其中,人生命安全尤為重要。一旦發生人身傷亡事故,將帶來極為慘重的損失和傷害。究其因果,大多數是因為操作人員在巡檢過程中沒有按照事先要求的操作規范進行操作或操作失誤導致的。作為輸變電的重要環節--水電站的安全運行就顯得非常重要,它將直接影響到整個電力事業的發展方向和電力建設的前途。水電站的正常運行靠個人的知識和經驗是遠遠不夠的。水電站中存在着諸多的技術手段檢測設備的正常運行,但作為安全的重要環節,現場巡檢和人員安全監管是必不可少的。然而目前沒有一種對人員操作的檢測系統,不能保障到安全區域的人工外界操作。室內區域安全防護也是安全防護的難點和痛點。

巡檢系統的擴展系統結合現有的系統巡檢系統,對系統進行擴展和二次開發,保證前期的投資,提供企業經濟效益、改善原有系統的工作流程、提高巡檢的效率、智能化水平。

1.2        建設目標與意義

巡檢擴展系統,兼容現巡檢系統開發出水電站數據采集處理平台,能夠得到巡檢的實時位置,做到自動巡檢簽到、巡檢數據實時上傳,對現有功能進行極大的擴展,系統具有開放的API接口,便於用戶與原有的水電站工作系統進行集成和二次開發。

鄭州聯睿電子科技有限公司研發的基於脈沖超寬帶(IR-UWB)技術的U-Loc室內厘米級實時定位系統,具有定位精度高、系統穩定性強、抗多徑效果好,發射功率低、輻射量小等優點,利用U-Loc系統開發的室內定位系統克服了傳統RFID巡檢系統在巡檢過程中, 巡檢點需人工掃描,不夠自動化,對巡檢目標設備進行自動定位和巡檢人員位置進行自動比對,提高電力巡檢的智能化、自動化水平,保障水電站設備和人員安全,提高現有水電站巡檢工作效率,降低工人的巡檢強度。

2   方案介紹

2.1        方案概述

為了在現有系統進行擴展,體現室內單位特點。系統中增加了室內定位特有功能模塊,為實現系統統一化、集中化的管理要求,巡檢擴展系統可以與現在運行的系統進行接口,支持多種接口對接方案,滿足后續的擴展和開發。

2.2        系統架構

電站室內定位系統是基於U-Loc室內厘米級實時定位系統為主要技術支撐,融合目前現有的系統GPMS系統、把U-LOC定位數據實時存儲在GPMS數據庫中,GPMS系統通過U-LOC定位引擎得到人員和設備實時位置信息。系統構架如圖所示。

基於UWB定位智能巡檢系統架構示意圖

1、電廠巡檢后台管理系統

    后台管理系統支持對巡檢工作進行計划和任務制定,通過數據同步將任務下載到指定班組的巡檢終端上,從而實現巡檢任務的管理、監督。后台管理系統能管理包括設施台帳和班組/人員等在內的基礎資料,還能夠靈活地自定義檢查項、缺陷標准描述等內容。

2、巡檢APP系統

用於巡檢的手持終端APP將標簽信息和手持終端進行關聯,通過局域網實現實時位置的查看和導航,在巡檢時可查看工作人員自身實時的精准位置,並可通過輸入起始點和目標位置得到導航信息;並支持現場采集信息,及時上報發現的問題;同時支持常見的智能手機以及平板等終端設備。

2.3        系統網絡結構

本系統運行於局域網中,硬件主要由服務器、后台終端PC機、巡檢終端等組成,當巡檢前端需要進行實時定位和數據傳輸功能時,需要后台服務器由需要開通Internet網絡,巡檢終端通過網絡,將數據回傳或下載。系統網絡結構圖如下:

系統網絡結構圖

巡檢人員在PC手持終端上接收到巡檢任務信息,在外出巡視時手持終端通過UWB電子標簽系統設備,獲取現場巡視坐標進行定位,定位后根據定義的設備巡視項進行逐項進行巡視,記錄數據內容。實時將巡視結果通過網絡上傳到巡視管理主機上。

2.4        工作原理

基於UWB定位智能巡檢系統主要由定位標簽,定位基站,手持設備和后台管理軟件組成。

在示范區域內架設基站,為巡檢人員以及關鍵巡檢點配置定位標簽,定位標簽發射超寬帶定位信號,定位基站接收解調定位信號,將數據傳回后台管理中心,后台管理中心通過優化的高精度定位算法,解算出巡檢點和巡檢人員的位置信息,並將位置信息及運動軌跡在基於UWB定位智能巡檢系統顯示。巡檢人員通過手持設備可以自動或手動上報巡檢信息,后台管理中心會自動的進行處理、分析、統計、制作報表等。

管理人員可通過電腦客戶端(或Web客戶端)登陸系統平台,隨時查看各部門、各人的巡檢到位情況,結合電子地圖可查看水電站信息,巡檢軌跡,異常點分布等,從而實現了對巡檢工作信息化、數字化、網絡化、圖形化的管理,為巡檢制度的落實及資源管理提供了技術保障。

基於UWB定位智能巡檢系統工作原理示意圖

2.5        系統功能

水電廠巡檢系統結合現有PDA巡檢后台系統分為融合巡檢后台管理系統和巡檢APP兩大部份組成,融合巡檢模塊使用原有巡檢模塊有各種管理功能,結合室內定位特點,擴展如下的功能

2.5.1   巡檢后台管理系統

2.5.1.1     室內定位標簽管理模塊

l  標簽管理

本模塊主要管理室內標簽相關信息、RFID標簽對應關系。實現了定位標簽信息的錄入、標簽信息的修改、標簽信息刪除等管理功能。

2.5.1.2      人員管理模塊

l  實時監控

巡檢人員配備不同ID編號的標簽,並與自身信息一同輸入數據庫中。巡檢人員在巡檢過程中,示范區域內的定位基站不斷收到該巡檢人員佩戴定位標簽發射的定位信號,經后台定位引擎解算出巡檢人員的精准位置,並在電子地圖上顯示。管理者在后台很容易查看到巡檢人員的位置,並能監督巡檢人員是否按照指定的路線對電站及附屬進行巡檢,提高巡檢工作的質量,保證管線狀態和設施運行數據的真實性。

l  考核報表

利用超寬帶定位系統實時獲取巡檢人員或設備的位置信息,統計巡檢人員巡檢的線路,是否到達巡檢點位置等信息,通過百分比的形式准確反映巡視的相關情況,通過數值形式統計巡視量,客觀考核巡視人員的到位情況。

2.5.1.3     設備坐標管理模塊

l  坐標管理

本模塊主要在現有PDA巡檢基礎上、增加一個設備的坐標信息的管理,實現了設備坐標數據的錄入、查詢、修改、刪除等操作

2.5.1.4     室內定位歷史數據管理模塊

l  歷史數據管理

本模塊主要實現了對室內定位數據歷史查詢、刪除等操作。

2.5.1.5     二、三維一體化展示

l  二、三維展示

二、三維一體化展示是指利用虛擬現實技術克服二維顯示技術的平面視覺效應,讓觀察者能夠獲得觀察物體的立體視覺效果。二、三維一體化展示指三維立體顯示,結合二維平面導航圖和現場實時監控圖。

二、三維一體化展示圖

2.5.1.6     權限管理

權限管理系統,根據用戶所擁有的權限級別,分配給用戶對應級別的操作權限,操作人員登錄后,根據所擁有的權限級別,顯示對應的功能模塊。本系統主要包括用戶管理、組織結構管理、角色管理、功能管理四個功能模塊。具有修改用戶權限的操作員能夠對各個部門、機構、人員進行管理,可以自定義崗位職責,分配不同的操作權限。

l  用戶管理

對用戶信息進行管理,也可以查看用戶所屬角色、所屬機構和擁有的功能。

l  組織機構管理

對組織機構信息進行管理,也可以編輯其包含的用戶和查看所屬角色。

l  角色管理

對角色信息進行管理,也可以編輯各角色包含用戶、包含機構及可操作的功能。

l  功能管理

對功能信息進行管理,也可以查看可操作各功能的都有哪些角色。

2.5.1.7     系統配置管理

系統配置主要的功能有系統管理員對初級密碼和用戶名進行修改,對系統的膚色管理,地圖的設置。

2.5.2   巡檢APP功能

巡檢前端是發電巡檢的應用終端,用於巡檢的手持終端APP將標簽信息和手持終端進行關聯,通過局域網實現實時位置的查看和導航,在巡檢時可查看工作人員自身實時的精准位置,並可通過輸入起始點和目標位置得到導航信息,跟蹤巡檢的到位情況、記錄巡視記錄、填寫缺陷、記錄運行記錄、信息查詢等,巡檢前端的主要功能組成如下:

2.5.2.1     任務管理

l  巡檢任務

自動接收日常巡檢任務,任務中包括具體電廠、電廠設備及檢查項目、提醒內容、任務時間、任務地點、任務類型、任務內容等。

l  通知公告

自動接收企業下發的通知與公告信息,並且自動提醒,讓員工第一時間知道領導的工作安排,自動化考核任務完成情況,提升企業整體調度能力和反映能力。

2.5.2.2     巡檢點標定

當巡檢人員在巡檢過程中發現問題,可以在該位置放置定位標簽,准確標定巡檢點的位置,管理者在后台可以查看巡檢點的具體位置,方便對該處進行持續跟蹤。另外,可以將故障類型以及設施類型(如閥門,開關等)與不同類型的標簽進行綁定,通過查詢標簽的類型則能獲取到哪些設施出現哪種故障,為接下來及時,快速的做出正確的決定提供必要的信息。

圖2.5特殊位置標定示意圖

2.5.2.3     巡檢路徑導航

l  路徑導航

可通過輸入起始點位置和目標點位置得到路線的導航信息,或根據自身的位置信息輸入目標位置得到導航路線,輔助工作人員快速有效地找到目標地址;也可在手持終端APP中選擇固定的可選路線,即工作人員根據不同的職責選定對應的路線進行巡檢,通過標簽和手持終端的聯動,可保證巡檢路線的正確,杜絕安全隱患;

2.5.2.4     巡檢管理

l  查詢信息

查看電廠的電廠設備的基礎資料信息,歷史曾經發生的缺陷,歷史缺陷的處理情況、是否消除等。

查看設備的危險點及工器具,按巡檢順利,對設備及設備對應的巡視項目進行逐個巡視,每巡視完成一個設備,系統自動記錄巡視的時間、人員、坐標、到位情況等詳細信息。

l  巡檢記錄

巡檢工作過程中准確地記錄巡檢時間、巡檢地點、巡檢人員、巡檢事項、缺陷記錄與消除驗收、巡檢軌跡等重要信息。

l  任務記錄

以文字描述、拍照、錄像等方式記錄巡檢現場情況

l  事件上報

巡檢人員遇到突發事件,可實時拍照報警上傳,實時接收顯示,並記錄相關處理意見及信息。

2.5.2.5     危險報警

l 緊急事件

一鍵式報警,快速響應。把發現問題到處理問題的時間縮短到最短,為處理突發事件節約時間,有效降低重大事故發生。

l 設備故障報警

自動記錄各個設備運行狀態及設備參數,超出正常范圍值自動發起報警通知,管理者通過報警信息,迅速排除設備故障,降低事故的損失。

l 隱患報警

根據圖像、視頻等可視資料記錄及上報,系統自動分析數據,檢查是否含隱患信息,同時服務端觸發報警提示,留檔保存以供日后處理,有避免口頭通報后遺漏、遺忘造成不必要的損失。

l 超速報警

規范人員的巡檢速度,超出后手持端及服務端自動觸發報警提示。如領導需要巡檢人員步行巡檢,而有些巡檢員騎車或開車,超速工作起不到應有的工作效果,通過超速報警就可以有效防止人員超速巡檢。

 

3   實施方案介紹

3.1        方案簡介

電站室內定位系統目的是用超寬帶定位技術保護工作人員的安全,提高電站巡檢效率等。

3.1.1   項目實施流程

   

圖 3.1目實施流程

4   公司介紹

鄭州聯睿電子科技有限公司是廣州中海達衛星導航技術股份有限公司旗下企業,是專業從事高精度定位、安防監管等相關技術的研究和開發工作的技術創新型企業。

公司擁有一支由多位海內外信息領域的資深專家帶領的專業研發團隊,其中20%以上擁有博士學歷,50%以上擁有碩士及以上學歷。公司擁有多名研發能力強、技術水平高和工程化實踐經驗豐富的工程技術帶頭人,在室內外高精度定位技術方面擁有強大的研發實力。

聯睿電子一直以來堅持以獨立自主,技術創新為主導,打造行業內領先的室內、外一體化實時高精度定位系統,推動高精准位置信息服務行業的發展。公司的戰略發展思想是將國際上最先進的無線通訊技術,定位技術,以及射頻技術進行整合,同時結合國內市場發展,在產品開發和設計上不斷創新,完全掌握無線實時高精准定位系統的核心技術和自主知識產權。通過“共贏、互動”的市場策略成為國內領先的實時定位系統供應商,為客戶帶來最全面最優質的解決方案。

聯睿電子自主研發的U-Loc室內厘米級實時定位系統,定位精度高,功耗低,輻射小,能夠同步、精准、實時地為用戶提供給定區域內的人員和設備的瞬間位置和運動信息,便於用戶直觀地從全局把握現場情況從而做出決策,在精准度、實時性、穩定性、覆蓋面、適用性等方面均具有較大的優勢,可廣泛應用於大型商超、智能巡檢、倉儲物流、智慧醫療、智能工廠、模擬訓練、室內導航、展品監管、監獄管理等領域的人員和設備實時精准定位。

公司於2012年獲科技部中小企業創新基金; 2013入選年科技部科技創新推進計划;2014年建立了鄭州市“無線高精度定位”工程技術研發中心。2016年成為“智匯鄭州·1125聚才計划”首批創業領軍團隊之一。

聯睿電子上下團結一致,致力於打造全球知名的實時精准定位品牌,成為無線精准定位技術行業領軍者!



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