基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统及管控方法与流程

本发明涉及安全管控领域，尤其涉及一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统及管控方法。

背景技术：

目前在电厂现场作业过程中，存在以下问题：1、作业人员作业区域同开票区域不一致，导致误操作；2、作业人员误入未授权危险区域，与带电设备安全距离不足导致人身触电事故；3、作业现场负责监督、监视的人员离位，增加操作风险；针对上述问题，现阶段主要通过人工现场监督、巡查的方式以及远程视频监控进行预防。其中，远程视频监控由于基于视频监控安全管控方法受限于视频监控布点情况，监控会存在一定的盲区；而人工方法会由于现场人员的疏忽大意导致监管巡查存在不到位，不实时，监督监管困难的问题，从而使上述不安全行为得不到有效地监督监管。为此有必要研发电厂现场作业智能管控系统，作为人工监督监管的辅助工具，实现上述不安全行为的实时在线监督监管功能。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统及管控方法，以实现电厂作业过程中不安全行为的实时在线监督监管功能，提升电厂作业过程中现场的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统，包括位置解算服务器，三维安全管控平台所述位置解算服务器通过以太网通讯连接有三维安全管控平台、同步基站、通信基站以及定位基站，所述通信基站与所述定位基站之间通过uwb信号连接，所述定位基站通过uwb信号连接有定位标签，且所述定位标签通过zigbee信号与所述通信基站连接，所述定位标签之间通过uwb信号连接。

在本发明一个优选实施例中，三维安全管控平台所述三维安全管控平台用于对电厂房屋道路、设备管线设施及周边实体建模数据进行存储、处理和调用输出，所述同步基站用于定位基站之间的时间皮秒级同步，所述通信基站用于同所述定位标签进行信息交互，所述定位基站用于获取接收与发射脉冲信号的时间信息，并将信息上传至位置结算服务器，所述位置解算服务器用于对脉冲信息的实时解算，获取空间位置信息，转换为三维坐标后映射至已构建的电厂三维模型场景中。

在本发明一个优选实施例中，所述通信基站与所述定位标签之间信息交付的内容包括定位标签配置信息、电量信息、求救信息以及告警信息。

在本发明一个优选实施例中，所述三维安全管控平台采用三维激光扫描或摄像机影像拍摄辅助手段进行电厂三维数据的采集，并对电厂的设施及设备进行三维建模，构建成三维模型数据库。

在本发明一个优选实施例中，所述定位标签设置在检修现场的工作人员身上或安全帽上。

一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控方法，包括如下步骤：

s100、系统配置：根据工作票信息自动生成工作任务执行控制信息，所述控制信息包括：划定的电子安全围栏工作区，所述任务开始时间t1和结束时间t2，任务所涉及的监视人员信息、作业执行人员信息，其中监视人员人数为1，作业人员人数n≥1，且监视人员与作业执行人员监视距离a，所述监视人员与所述作业人员身上分别设置有定位标签，所述定位标签与监视人员和所述作业人员的身份信息进行绑定；

s200、位置计算：计算所述定位标签的位置坐标，判断其是否在电子安全围栏工作区内，如果定位标签位置不在电子安全围栏工作区内，则进一步判断目前是否处于任务执行时间内，如果不在任务执行时间内，则转至步骤s500，如果目前处于任务执行时间内，则触发走错提醒，并转至s500，如果定位标签位置在所述电子安全围栏工作区内，则转至s300；

s300、状态监测：判断定位标签是否处于任务执行时间内，如果在任务执行时间内，转至s400，如果不在则触发撤离告警提醒，并转至s500；

s400、状态预警：如果该定位标签绑定监视人员，则通过定位标签的坐标值实时计算同每一个作业执行人员的距离(a1，a2，a3，…，an)，当所述距离(a1，a2，a3，…，an)均小于等于设定值a时，转至s500，当所述距离(a1，a2,a3…an)中，存在一个值大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500；如果该定位标签绑定作业人员，则通过定位标签的坐标值实时计算该作业人员与监视人员距离b1，当距离b1小于等于设定值a时，转至s500，当距离b1大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500；

s500、模型展示：将坐标转换映射至三维模型中进行展示，并结束流程。

在本发明一个优选实施例中，在步骤s100中，电子安全围栏工作区域按照工作票内容以及作业周边设备的各电压等级安全距离进行设定。

在本发明一个优选实施例中，步骤s100中，电子安全围栏生成包括如下步骤：

s101、通过关联工作票自动获取工作票信息，读取工作票中工作地点信息、设备信息、时间信息和人员信息；

s102、根据工作地点信息获取工作地点设备的空间位置信息，根据设备位置和隔离要求，划定作业区域生成电子安全围栏；

s103、判定电子安全围栏区域是否满足工作票作业范围，如果不满足工作票作业范围则进行修正，如果符合工作票作业范围则计算电子安全围栏内的三维坐标。

在本发明一个优选实施例中，在步骤s200中，实时计算定位标签的位置是通过基于uwb信号的到达解算小区内定位基站时间差三维定位算法解算实现。

在本发明一个优选实施例中，在步骤s300中，在步骤s200至步骤s400中，所述走错提醒、所述撤离告警提醒以及所述监视告警提醒至少为声光告警、振动告警、短信告警中的一种。

通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明基于定位标签、定位基站、位置解算服务器构建电厂及设施的三维模型，通过实时计算作业人员的位置映射至三维模型中，实现对现场作业人员的实时作业监控、安全告警以及作业位置正确与否实时提醒，通过实时计算作业人员同监视人员的距离信息，实现作业监视制度执行实时监控，大大提升了电厂作业过程中现场的安全性。

附图说明

图1为本发明一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控方法的流程结构示意图；

图3为本发明一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控方法的定位标签位置计算辅助图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，示出了本发明一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控系统，包括位置解算服务器，三维安全管控平台所述位置解算服务器通过以太网通讯连接有三维安全管控平台、同步基站、通信基站以及定位基站，所述通信基站与所述定位基站之间通过uwb信号连接，所述定位基站通过uwb信号连接有定位标签，且所述定位标签通过zigbee信号与所述通信基站连接，所述定位标签之间通过uwb信号连接。

在本实施例中，所述三维安全管控平台用于对电厂房屋道路、设备管线设施及周边实体建模数据进行存储、处理和调用输出，所述同步基站用于定位基站之间的时间皮秒级同步，所述通信基站用于同所述定位标签进行信息交互，所述定位基站用于获取接收与发射脉冲信号的时间信息，并将信息上传至位置结算服务器，所述位置解算服务器用于对脉冲信息的实时解算，获取空间位置信息，转换为三维坐标后映射至已构建的电厂三维模型场景中三维安全管控平台。

在本实施例中，所述通信基站与所述定位标签之间信息交付的内容包括定位标签配置信息、电量信息、求救信息以及告警信息。

在本实施例中，所述三维安全管控平台采用三维激光扫描或摄像机影像拍摄辅助手段进行电厂三维数据的采集，并对电厂的设施及设备进行三维建模，构建成三维模型数据库，实现数据库的管理与维护功能。

在本实施例中，所述定位标签设置在检修现场的工作人员身上或安全帽上。在本实施方式中，定位标签可采用便携式设计，用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合，实现定位。

如图2所示，本发明还提供了一种基于人员定位的电厂作业安全自动管控方法，包括如下步骤：

s100、系统配置：根据工作票信息自动生成工作任务执行控制信息，所述控制信息包括：划定的电子安全围栏工作区，所述任务开始时间t1和结束时间t2，任务所涉及的监视人员信息、作业执行人员信息，其中监视人员人数为1，作业人员人数n≥1，且监视人员与作业执行人员监视距离a，所述监视人员与所述作业人员身上分别设置有定位标签，所述定位标签与监视人员和所述作业人员的身份信息进行绑定；所述身份信息包括姓名，工号对应的人员类型，对应的工作区域等信息；

s200、位置计算：计算所述定位标签的位置坐标，判断其是否在电子安全围栏工作区内，如果定位标签位置不在电子安全围栏工作区内，则进一步判断目前是否处于任务执行时间内，如果不在任务执行时间内，则转至步骤s500，如果目前处于任务执行时间内，则触发走错提醒，并转至s500，如果定位标签位置在所述电子安全围栏工作区内，则转至s300；

s300、状态监测：判断定位标签是否处于任务执行时间内，如果在任务执行时间内，转至s400，如果不在则触发撤离告警提醒，并转至s500；

s400、状态预警：如果该定位标签绑定监视人员，则通过定位标签的坐标值实时计算同每一个作业执行人员的距离(a1，a2，a3，…，an)，当所述距离(a1，a2，a3，…，an)均小于等于设定值a时，转至s500，当所述距离(a1，a2,a3…an)中，存在一个值大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500；如果该定位标签绑定作业人员，则通过定位标签的坐标值实时计算该作业人员与监视人员距离b1，当距离b1小于等于设定值a时，转至s500，当距离b1大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500；

s500、模型展示：将坐标转换映射至三维模型中进行展示，并结束流程。

在本实施例中，在步骤s100中，电子安全围栏工作区域按照工作票内容以及作业周边设备的各电压等级安全距离进行设定。

在本实施例中，步骤s100中，电子安全围栏生成包括如下步骤：

s101、通过关联工作票自动获取工作票信息，读取工作票中工作地点信息、设备信息、时间信息和人员信息；

s102、根据工作地点信息获取工作地点设备的空间位置信息，根据设备位置和隔离要求，划定作业区域生成电子安全围栏；

s103、判定电子安全围栏区域是否满足工作票作业范围，如果不满足工作票作业范围则进行修正，如果符合工作票作业范围则计算电子安全围栏内的三维坐标。

在本实施例中，在步骤s200中，实时计算定位标签的位置是通过基于uwb信号的到达解算小区内定位基站时间差三维定位算法解算实现。

在本实施例中，在步骤s300中，在步骤s200至步骤s400中，所述走错提醒、所述撤离告警提醒以及所述监视告警提醒至少为声光告警、振动告警、短信告警中的一种。

参阅图1-图3所示，对电厂作业安全自动管控方法进行具体说明：

(1)具体地，在步骤s100、系统配置中，根据工作票信息自动生成工作任务执行控制信息，所述控制信息包括：划定的电子安全围栏工作区，所述任务开始时间t1和结束时间t2，任务所涉及的监视人员信息、作业执行人员信息，其中监视人员人数为1，作业人员人数n≥1，且监视人员与作业执行人员监视距离a，所述监视人员与所述作业人员身上分别设置有定位标签，所述定位标签与监视人员和所述作业人员的身份信息进行绑定。

在本实施方式中，工作票是准许在电气设备及系统软件上工作的书面命令，也是执行保证安全技术措施的书面依据。工作票包含的内容有工作票编号、工作负责人、工作班成员、工作地点和工作内容，计划工作时间、工作终结时间，停电范围、安全措施，工作许可人、工作票签发人、工作票审批人、送电后评语等。根据工作票的内容进行工作分配，同时按照工作票的内容进行系统的初始化配置，保证电厂作业过程中现场的安全。

(2)具体地，在步骤s200、位置计算中，计算所述定位标签的位置坐标，判断其是否在电子安全围栏工作区内，如果定位标签位置不在电子安全围栏工作区内，则进一步判断目前是否处于任务执行时间内，如果不在任务执行时间内，则转至步骤s500，如果目前处于任务执行时间内，则触发走错提醒，并转至s500，如果定位标签位置在所述电子安全围栏工作区内，则转至s300。

在本实施方式中，根据uwb的tdoa算法进行定位标签的位置计算，具体的计算步骤如下：

如图3所示，假设有4个定位基站，且分别编号为1，2，3，4，并按照组合的方式进行分组，且两个定位基站到定位标签之间的距离差记为d12，d23，d34，d14，d12表示1，2号定位基站到定位标签之间的距离差，其他的以此类推。同时四个定位基站在三维空间内的坐标依次为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，待测的定位标签坐标设为(x，y，z)，根据距离差存在以下等式：

在坐标系内，定位基站与定位标签之间的距离差存在以下等式：

其中，c为uwb信号的传播速度，t1，t2，t3，t4分别为四个定位基站接收到定位标签分别所需的时间，由式(1)和式(2)联合求解，即可获取定位标签的坐标(x，y，z)。由于定位标签安装在工作人员身上或者安全帽上，定位标签的位置即为工作人员的位置。

(3)具体地，在步骤s300、状态监测中，判断定位标签是否处于任务执行时间内，如果在任务执行时间内，转至s400，如果不在则触发撤离告警提醒，并转至s500。

在本实施方式中，定位标签根据工作票的内容与工作人员进行绑定，根据定位标签所携带的工作票内容即可判定该工作人员是否处于执行任务状态，工作人员未处于执行任务工作状态，触发撤离告警提醒，以免误操作而对工作人员造成伤害，当判断该工作人员处于执行任务状态，工作人员可在工作区域内执行相应的安全操作，并接受安全预警的监管。

(4)具体地，在步骤s400、状态预警中，如果该定位标签绑定监视人员，则通过定位标签的坐标值实时计算该监视人员同所在电子围栏区域内每一个作业执行人员的距离(a1，a2，a3，…，an)，即计算该定位标签与电子围栏区域内绑定作业执行人员的每一个定位标签之间的距离，当所述距离(a1，a2，a3，…，an)中的任意一个值均小于等于设定值a时，转至s500，当所述距离(a1，a2,a3…an)中，存在一个值大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500；如果该定位标签绑定作业人员，则通过定位标签的坐标值实时计算该作业人员与电子围栏区域内监视人员距离b1，即计算该定位标签与所在电子围栏区域内绑定监视人员的定位标签之间的距离，当距离b1小于等于设定值a时，转至s500，当距离b1大于设定值a时，触发脱离监视告警提醒，并转至s500。

在本实施方式中，状态预警对监视人员与作业人员之间的监督距离进行监管。当检测到监视人员与作业人员之间的距离小于设定值a时，此时监视人员能够有效地对作业人员起到监视作用，可进行现场作业；当检测到监视人员与作业人员之间的距离大于设定值a时，此时监视人员不能够有效地对作业人员起到监视作用，触发脱离监视告警提醒。

(5)具体地，在步骤s500、模型展示中，将坐标转换映射至三维模型中进行展示，并结束流程。

在本实施方式中，三维安全管控平台具有三维安全可视化、三维安全管控功能，运用数字孪生技术，以二维/三维模型的方式展示厂区的运行情况，不仅包括人员的分布、现场作业和运行状况，还将隐患、违章、不符合项等信息具象化，全部在三维地图上得以呈现,通过三维数字地图的形式对建筑区域展示，并显示各区域实时人数、未整改隐患数量、危险源数和高风险作业数。同时，通过三维电子地图还可直接进入各楼层并对各楼层的作业人员、危险源、高风险作业数和隐患数量进行监控。三维安全管控平台采用三维激光扫描或摄像机影像拍摄辅助手段进行电厂三维数据的采集，并对电厂的设施及设备进行三维建模，构建成三维模型数据库，实现数据库的管理与维护功能。在此三维模型数据库中，定位标签及其对应的现场人员能够在三维模型中直观的展示出来，实现了电厂现场作业的可视化监管，大大提升了电厂现场作业的安全性。

定位标签的实时位置均可在变电站已构建的三维模型中形成运动轨迹并保存记录，实现事后追溯功能。

相比于现有技术，本发明技术方案的有益效果至少包含：

(1)本发明基于定位标签、定位基站、位置解算服务器构建电厂及设施的三维模型，通过实时计算作业人员的位置映射至三维模型中，实现对现场作业人员的实时作业监控、安全告警以及作业位置正确与否实时提醒，通过实时计算作业人员同监视人员的距离信息，实现作业监视制度执行实时监控。

(2)与现有技术相比引入了同步基站和通信基站，同步基站负责基站间皮秒级的同步，从而避免了通过标签和基站间来回(至少3次)测距的传统定位方式，只需要标签发送一次信号，基站不需要回复，通过基站间接收时间差就能直接解算，大幅减少了标签的功耗，提升续航；大幅减少系统内无线发射次数，降低系统内干扰，提高定位精度；大幅降低了定位时延，提高了报警及时性增强了人员安全。通过引入zigbee通信基站，标签具备了通信功能，同时标签集成了液晶屏幕，系统可将标签位置信息实时下发，同时将工作区域进行地图呈现，基于此功能可自动推荐路线，进行有效引导，避免走错和工作时超出工作区域产生危险。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。