基于UWB定位技術(shù)的電站管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉家銘 李仲斌 杜浩東 楊康萍 李舟 陳洵 劉麗斌 朱藝偉 黃林超?

摘要：針對目前大多數(shù)電站對作業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)控與管理過程中出現(xiàn)的問題，本文首先對當(dāng)前主流的室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行分析，提出了將UWB定位技術(shù)作為電站內(nèi)部的定位手段;其次為了將UWB定位技術(shù)與電站管理系統(tǒng)結(jié)合，對電站管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì);最后開發(fā)了基于UWB定位技術(shù)的電站管理系統(tǒng)，有效地實(shí)現(xiàn)了電站的智能化與信息化管理。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位技術(shù);電站管理系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步，基于精準(zhǔn)定位技術(shù)的智能化管理系統(tǒng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用在電力行業(yè)中。根據(jù)電網(wǎng)公司“管理制度化、制度流程化、流程表單化、表單信息化”的工作要求和簡潔高效的指導(dǎo)原則，開展信息化平臺(tái)管理工作，可有效地解決電站內(nèi)部設(shè)備管理嚴(yán)格化、人員錄入統(tǒng)一化、車輛進(jìn)入安全化等問題。這種智能化管理，既加強(qiáng)了人員的安全防范，維護(hù)電站的正常運(yùn)行，又提高了電站的管控能力。但是在目前的電站中，面臨的主要問題為電站內(nèi)部的定位不夠準(zhǔn)確與電站的管理漏洞，因此，為了解決上述問題，提高電站的工作效率，本文結(jié)合精準(zhǔn)定位技術(shù)，對電站管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，來實(shí)現(xiàn)電站的智能化管理。

二、關(guān)鍵技術(shù)

定位和移動(dòng)物體的跟蹤是位置服務(wù)的必要條件[1]，在電站內(nèi)部進(jìn)行精準(zhǔn)定位是為了實(shí)時(shí)追蹤作業(yè)人員的活動(dòng)位置及軌跡路線，并可對軌跡路線進(jìn)行回放;追蹤巡檢人員是否按照要求進(jìn)行巡檢工作，實(shí)現(xiàn)巡檢過程的可視化和智能化，從而提高巡檢的管理效率;精確獲取來訪人員的位置并可追溯來訪人員活動(dòng)軌跡。通過電子圍欄對危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，當(dāng)來訪人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出告警，以此來提醒人員離開危險(xiǎn)區(qū)域。因此，一種高精度的定位技術(shù)是提高電站工作效率重要保證。

（一）主流的室內(nèi)定位技術(shù)

（1）藍(lán)牙定位

藍(lán)牙定位是根據(jù)RSSI的值，通過三角定位原理進(jìn)行定位[2]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為定位精度高，有較低的功耗。由于目前的手機(jī)中普遍內(nèi)置藍(lán)牙模塊，有利于藍(lán)牙定位技術(shù)的推廣，但缺點(diǎn)是當(dāng)有噪聲信號(hào)的干擾時(shí)，會(huì)使得藍(lán)牙的信號(hào)發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致定位精度出現(xiàn)偏差[3]。

（2）WIFI室內(nèi)定位

WIFI定位是利用網(wǎng)絡(luò)中部署的無線接入點(diǎn)AP的無線信號(hào)特征作為參考信息進(jìn)行定位。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是目前無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的覆蓋，通信能力較強(qiáng)，產(chǎn)品相對比較成熟，設(shè)備成本較低。但缺點(diǎn)是信號(hào)容易受到環(huán)境的干擾，不適用于高精度的實(shí)時(shí)跟蹤場景[4]。

（3）超寬帶定位

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）定位技術(shù)以發(fā)送的納秒級超窄脈沖作為傳輸數(shù)據(jù)的媒介，可以獲得GHz級的數(shù)據(jù)帶寬，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位[5]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為低功耗、有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不易受到環(huán)境的干擾，且具有很高的定位精度。其缺點(diǎn)是設(shè)備成本較高。目前UWB定位常用于大型工廠的定位監(jiān)控、監(jiān)獄的安全管理以及養(yǎng)老院對老人的看護(hù)等。

綜合考慮電站的特殊性，定位精度將直接影響作業(yè)人員的人身安全，對定位精度要求極高。電站作為高危企業(yè)，時(shí)間就是生命，例如在員工進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，若不能及時(shí)準(zhǔn)確地確定位置和報(bào)警，可能就會(huì)釀成重大的不可預(yù)估的后果。因此，選擇UWB定位技術(shù)對精準(zhǔn)對電站內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)定位與監(jiān)控，可以保證作業(yè)人員的安全與工作的順利開展。

三、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)電站的工作需求和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了基于UWB定位技術(shù)的電站管理系統(tǒng)，采用B/S開發(fā)模式，基于分層設(shè)計(jì)和模塊化的設(shè)計(jì)思想，結(jié)合MVC（Model View Controller）表現(xiàn)模式和三層體系架構(gòu)設(shè)計(jì)了原型系統(tǒng)框架。系統(tǒng)架構(gòu)主要分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層，其中表現(xiàn)層又可細(xì)分為視圖、模型和控制器三部分。

用戶通過表現(xiàn)層的C輸入服務(wù)請求，由表現(xiàn)層的M獲取相關(guān)操作數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯，通過工作空間調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層來執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行具體功能時(shí)涉及到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)層相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將執(zhí)行后的結(jié)果通過數(shù)據(jù)接口寫入本地?cái)?shù)據(jù)庫中，通過工作空間將結(jié)果數(shù)據(jù)按照J(rèn)son的格式傳到系統(tǒng)前端的V中，由前端頁面解析Json數(shù)據(jù)以合適的方式顯示給用戶。系統(tǒng)架構(gòu)中的三層相互獨(dú)立又互為支撐，具有“高內(nèi)聚、低耦合”的特性。

（二） 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

電站管理系統(tǒng)主要提供的是基礎(chǔ)位置服務(wù)，包括實(shí)時(shí)位置展示與歷史軌跡等基礎(chǔ)服務(wù)，電子圍欄、區(qū)域管理、終端管理等應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)的具體功能主要?jiǎng)澐忠韵聨讉€(gè)模塊：精準(zhǔn)定位、工作票管理、電子圍欄、歷史軌跡、路徑規(guī)劃。

（1）精準(zhǔn)定位。該功能主要通過UWB定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控電站中的作業(yè)人員，觀察作業(yè)人員的工作動(dòng)態(tài)，保證作業(yè)人員的安全。同時(shí)，在該功能模塊下，還可以通過切換圖層來改變地圖場景，以便實(shí)現(xiàn)多場景的監(jiān)控管理。此外，場景地圖還可以實(shí)現(xiàn)二維地圖與三維地圖的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景的還原。

（2）工作票管理。該功能實(shí)現(xiàn)了對工作票的新增、刪除、編輯、查詢、詳情查看和注銷等功能，是執(zhí)行保證安全技術(shù)措施的書面依據(jù)。

（3）電子圍欄。該功能主要是電子圍欄的創(chuàng)建與修改，同時(shí)對進(jìn)入電子圍欄內(nèi)部的人員進(jìn)行報(bào)警，一方面可以及時(shí)對誤入圍欄的人員進(jìn)行提醒或援助，另一方面也可以通過劃分危險(xiǎn)區(qū)域保證人員的安全。

（4）歷史軌跡。該功能主要是對巡檢人員的巡檢軌跡進(jìn)行回放，以此來對巡檢人員的工作狀況進(jìn)行評估，判斷巡檢是否達(dá)到相應(yīng)的要求，方便巡檢人員及時(shí)做出相關(guān)調(diào)整，提高巡檢人員的工作效率。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的整體界面如圖1所示，從整體界面可以看到上述功能設(shè)計(jì)中的各個(gè)功能模塊，同時(shí)電站的地圖在屏幕中進(jìn)行居中顯示，以便對作業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)控。

四、 結(jié)束語

本文將UWB定位技術(shù)應(yīng)用在電站內(nèi)部，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于UWB定位技術(shù)的電站管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對電站作業(yè)人員的管理與監(jiān)控，保證了作業(yè)人員的人身安全，同時(shí)提高了電站的工作效率，使電站的管理趨于智能化與信息化。此外，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中預(yù)留了的接口，為后續(xù)功能的拓展做好了準(zhǔn)備。