對建筑工地人員定位系統(tǒng)的研究

摘 要：建筑工地是安全事故多發(fā)地區(qū)，若人員管理存在問題，安全隱患過多，會嚴重影響工作人員的生命財產(chǎn)安全。在人員管理、安全隱患管理過程中，應用定位系統(tǒng)可起到良好的輔助功能。基于工地人員定位系統(tǒng)的設計以及應用，是安全監(jiān)督管理的重要核心。本文基于信息化背景下建筑工地人員定位系統(tǒng)的研究以及應用，對定位系統(tǒng)進行了概述，并闡述了定位系統(tǒng)的具體應用，具有重要借鑒價值。

關鍵詞：建筑工地；人員定位；定位系統(tǒng)；安全監(jiān)督

中圖分類號：TU976.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0321-02

引 言

建筑工地施工具有突發(fā)性、隱患性等特點，建筑工程安全監(jiān)管是文明施工提出的客觀要求?；诮ㄖさ氐娜藛T管理，傳統(tǒng)的粗放式管理模式已經(jīng)無法滿足具體安全施工需要，施工效率低下、管理制度落后、權責體系缺失，導致建筑工程施工現(xiàn)場安全問題頻發(fā)?；赨WB超寬頻無線定位識別技術應用具有重要價值，可通過人員定位的方式，為安全施工管理提供保障。

1 建筑工地人員定位系統(tǒng)概述

原始的無線定位技術是指GPS定位技術，在20世紀70年代出現(xiàn)，是一種基于衛(wèi)星導航的定位系統(tǒng)[1]。在定位技術不斷完善中，UWB定位技術產(chǎn)生，并在人員管理、工程人員定位中被廣泛應用。某工地人員定位系統(tǒng)的構建以及應用利用UWB系統(tǒng)進行定位識別，并利用TDOA無線定位技術來實現(xiàn)人員定位，結(jié)合時間差定位方法，對信號進行傳遞以及接收。該工地應用此系統(tǒng)，利用UWB技術識別工地人員安全帽部位的標簽，并在工地安裝無線信號接收以及傳遞設備，借助數(shù)據(jù)采集設備將識別信息傳輸至數(shù)據(jù)庫中。在此，系統(tǒng)也可借助身份證閱讀器設備，對工地人員的信息進行錄入，并利用web服務器，儲存采集的數(shù)據(jù)信息，如圖1所示。

2 建筑工地人員定位系統(tǒng)作用

應用建筑工地人員定位系統(tǒng)，其主要目的是基于定位系統(tǒng)，對工地人員的工作到崗時間、工作情況進行動態(tài)考核，為人員管理、安全管理提供技術保障。本公司將安全帽作為定位系統(tǒng)開發(fā)應用的載體，以便捷的方式開展員工安全生產(chǎn)管理、考勤管理工作，對人員工作數(shù)據(jù)進行采集。基于定位系統(tǒng)的應用，核心功能主要體現(xiàn)在以下四個方面：①通過信息識別、人員定位的方式，能夠了解每個工作人員的工作軌跡、行動軌跡，了解員工的現(xiàn)場工作狀態(tài)，在管理中結(jié)合工程實際情況、系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，對員工進行量化管理，有效提升施工效率；②領導部門可結(jié)合系統(tǒng)識別情況，結(jié)合不同崗位人員情況，開展整體工程的調(diào)度工作，以規(guī)范化、科學化的人員管理方式，實現(xiàn)工地資源的合理配置；③此系統(tǒng)應用可針對建筑工地的突發(fā)性事故，快速了解事故的位置、事故人員的基本信息，當出現(xiàn)安全事故時，人員定位系統(tǒng)可為事故搶險工作提供指導，指導相關人員進行科學決策；④利用人員定位系統(tǒng)，可對建筑工程中的分包狀況、轉(zhuǎn)包項目進行科學管理，為項目的效益提供良好的條件。所以，基于建筑工地人員定位系統(tǒng)的應用，對優(yōu)化工程質(zhì)量、輔助科學管理具有重要意義[2]。

3 建筑工地人員定位系統(tǒng)研究

3.1 基于人員定位系統(tǒng)的工作原理分析

在對此工程中定位系統(tǒng)的工作原理進行分析時，需要明確系統(tǒng)的信號發(fā)射與信號接收設備。該系統(tǒng)以安全帽為載體，并非直接對人員進行定位，基于安全帽的標簽識別，對員工信息進行明確。在此系統(tǒng)中，方案主要應用UWB超寬屏無線識別技術，工地人員的安全帽可以發(fā)出特殊的電子標簽信息，散播寬頻無線信號，有關部門在施工區(qū)域一定范圍內(nèi)安裝定位基站，通過交換機設備、信號接收設備，將網(wǎng)絡連接到服務器之中，對標簽的信息進行識別定位。UWB技術應用，安全帽標簽可與基站進行通訊，并讀取標簽中的ID信息，并利用TDOA算法，計算出每個員工的工作位置、距離等，實現(xiàn)對工作人員的準確定位[3]。

在明確工作模型之后，對此技術的工作原理進行研究。UWB是一種無載波形式的通信技術，在定位功能應用過程中，其應用短頻能量脈沖，經(jīng)過序列組合之中，對信號中的正頻進行調(diào)解、排序，可擴頻通信，減少干擾。在系統(tǒng)運行時，其以產(chǎn)生電子脈沖信號源的方法，實現(xiàn)安全帽標簽的分類與識別，UWB系統(tǒng)以系帶傳輸?shù)姆椒ǎ瑢π盘栃畔⒄{(diào)制，并應通過二級制PPM系統(tǒng)調(diào)至，對信息、數(shù)據(jù)、信號等傳輸提供鏈路渠道。基于此技術在定位系統(tǒng)中的應用，具有傳輸速率高、抗干擾能力強等優(yōu)勢，基于室內(nèi)、建筑工地定位中的應用，通過射頻標識識別方法，實時獲取定位信息，在功耗、造價上均具有一定的優(yōu)勢。最后，UWB技術應用主要基于三個構件實現(xiàn)，其中包括標簽系統(tǒng)、微基站系統(tǒng)、定位引擎三種，安全帽標簽發(fā)射信號適應性基站數(shù)據(jù)處理準確性的關鍵要素，而微基站接收定位信號，通過算法計算距離，定位引擎根據(jù)PC端程序，在地圖上顯示標簽位置，實現(xiàn)動態(tài)化的人員定位監(jiān)測，某公司共設計基站四個。

3.2 基于人員定位系統(tǒng)的算法研究

基于UWB在定位系統(tǒng)中的應用，通過標簽識別、信號通信的方式對建筑工地人員進行定位，指導工程管理。在此過程中，需結(jié)合程序、識別信息，根據(jù)相關算法，明確工地人員的最終位置。某公司在定位系統(tǒng)中，應用UWB進行標簽識別、信息定位，并利用TDOA無線定位技術，對人員距離、位置進行計算。TDOA利用時間差計算方法，對距離、位置進行定位，當標簽射頻信號進入到基站之后，計算測量信號到監(jiān)測站之間的時間，明確信號源與基站的距離。所以，基于此技術定位計算，需將監(jiān)測站作為核心，以圓形的分散方式，對信號源的來源渠道進行明確。在此過程中，絕對時間測量具有一定的難度，但比較不同信號達到監(jiān)測站的最終時間，并以監(jiān)測站位核心，可以計算信號的位置[4]。

基于計算原理，在原始TOA算法的基礎上進行了完善，在計算過程中，其不會直接利用信號達到時間作為計算基礎，而是在對四個基站均接收到信號的情況下，計算信號源達到不同基站的時間，確定移動標簽的位置。此外，在計算過程中，通過相關的運算形式，移動標簽到達另一標簽的位置，得到最終的TDOA值，在基站與標簽不同步情況下，也可以進行高精度的定位計算。在工地人員定位系統(tǒng)中應用此算法，具有很大的優(yōu)勢：①計算速度較快嗎，具有很強的抗多徑能力，外界因素對最終的測量結(jié)果影響較??；②此算法計算誤差比較低，可有效規(guī)避系統(tǒng)運行過程中的多徑時延誤差、同步誤差。但在應用過程中，需避免功率控制影響最終的計算結(jié)果。此算法具有很大的計算優(yōu)勢，其算法原理如圖2所示。

3.3 基于人員定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸研究

基于建筑工地人員定位系統(tǒng)的應用，除借助UWB對標簽、ID等基礎信息進行識別、TDOA無線定位技術算法應用之外，需借助相關的硬件設備，實現(xiàn)最終的數(shù)據(jù)提取以及數(shù)據(jù)傳輸，為人員管理、崗位考核、安全監(jiān)督提供保障，以系統(tǒng)化的方式，發(fā)揮定位系統(tǒng)的價值。①上文已經(jīng)提到過，基于定位系統(tǒng)需要以標簽為基礎，而建筑工地標簽系統(tǒng)載體為安全帽設備，每一個安全帽配置一個ID信息，并匹配一個工地人員，其中包括管理人員、監(jiān)管人員、施工人員等。此外，在安全帽標簽設備基礎上上，會配置一個區(qū)域無線定位器，標簽會定時發(fā)送ID信號，將數(shù)據(jù)傳輸至無線定位器之中。②定位器會將采集的數(shù)據(jù)、信息等傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)的服務器之中，服務器對數(shù)據(jù)信息進行識別，并收錄到系統(tǒng)之中。③服務器會對采集識別的信息數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，通過web網(wǎng)絡服務器將定位信息儲存到終端之中。本公司在應用人員定位系統(tǒng)基礎上，在工地區(qū)域安裝了身份證閱讀器，身份證閱讀器能夠快速提取工作人員的信息，并將提取的信息上傳到最終的系統(tǒng)之中?；谌藛T定位系統(tǒng)的應用，借助上述硬件設備、服務器設備，實現(xiàn)最終的數(shù)據(jù)傳輸以及采集，為建筑工地人員安全監(jiān)管提供保障，有效提高建筑工地人員的工作效率、質(zhì)量。

4 結(jié) 論

總而言之，基于人員定位系統(tǒng)的應用，以動態(tài)考核的方式對工作人員的到崗情況、工作狀態(tài)進行管理，以安全監(jiān)督為核心進行工程管理，具有重要價值。本文以安全帽為載體的人員定位系統(tǒng)為例，可精確對施工人員、管理人員進行定位，結(jié)合高效的考勤管理制度，最大限度降低建筑工地安全風險，健全工程搶險救災機制。

參考文獻

[1]趙 悅，蘭 英，屈 賢.基于MEMS傳感器的煤礦井下人員定位系統(tǒng)設計[J].工礦自動化，2018，44（08）：87～91.

[2]張麗峰.“全球GPS人員定位管理系統(tǒng)”對森林巡護信息化的作用[J].山西林業(yè)，2017（04）：20～21.

[3]柴昕鋒，韓家盛.基于低頻射頻識別技術的礦井人員定位系統(tǒng)設計研究[J].陜西煤炭，2017，36（04）：5～8.

[4]王祥瑞.ZigBee技術和CAN技術在高層建筑被困人員定位系統(tǒng)的應用研究[J].吉林建筑工程學院學報，2014，30（06）：52～55.

收稿日期：2018-10-12

作者簡介：陳煜健（1983-），男，工程師，碩士研究生，主要從事機電和市政工程質(zhì)量安全監(jiān)督及研究工作。