基于實(shí)物ID和UWB定位技術(shù)變電站作業(yè)智能化交互

尹為松 周啟平 黃高舉

（安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，安徽合肥 230088）

0.引言

電力安全生產(chǎn)關(guān)系到國家的財(cái)產(chǎn)安全、人民生活利益與電力職工的安康，是電力企業(yè)最基本的效益所在。電力安全生產(chǎn)是電力企業(yè)生存和發(fā)展的基石，影響著電力企業(yè)本身的內(nèi)外形象，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)正處于高速發(fā)展的大好時(shí)期，電力生產(chǎn)安全管理顯得尤為重要[1]。

高精度站內(nèi)定位正處于一個(gè)高速發(fā)展的階段，正逐步成為技術(shù)熱點(diǎn)。由于變電站環(huán)境復(fù)雜，受電磁干擾影響較大，定位技術(shù)手段雖多，但同時(shí)滿足定位精度高、性能穩(wěn)定和建設(shè)成本低等要求，還需要不斷去嘗試探索新技術(shù)應(yīng)用[2]。

本文通過研究基于實(shí)物ID和UWB定位技術(shù)的變電站作業(yè)智能化交互應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、數(shù)據(jù)可視化、二三維一體化、視頻融合、語音通信等多種功能應(yīng)用，提升變電站安全作業(yè)智能化管控水平[3]。

1.基于實(shí)物ID和UWB定位技術(shù)變電作業(yè)智能化交互

1.1 實(shí)物ID技術(shù)

實(shí)物ID是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將電網(wǎng)重要設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一電子編碼，實(shí)現(xiàn)信息完整可追溯、跨系統(tǒng)貫通、設(shè)備的全壽命周期管理等[4]。本文基于實(shí)物ID技術(shù)，通過移動(dòng)終端掃描實(shí)物ID標(biāo)簽，關(guān)聯(lián)工作任務(wù)，實(shí)行嚴(yán)格準(zhǔn)入作業(yè)。作業(yè)前，劃定電子圍欄范圍，當(dāng)進(jìn)入工作區(qū)域，作業(yè)人員佩戴標(biāo)簽，使用UWB人員定位，實(shí)時(shí)獲取人員位置信息、時(shí)間信息、軌跡信息等，當(dāng)作業(yè)人員超出電子圍欄范圍，發(fā)出告警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常行為，同時(shí)利用攝像頭聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)管設(shè)施的聯(lián)合動(dòng)作，提高應(yīng)急事件的響應(yīng)速度，形成人防、技防、物防、聯(lián)防四防合一的立體化防范格局。

1.2 UWB定位技術(shù)

UWB是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。UWB調(diào)制采用脈沖寬度在ns級(jí)的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射[5]。頻譜形狀可通過甚窄持續(xù)單脈沖形狀和天線負(fù)載特征來調(diào)整。UWB信號(hào)的輻射非常低，通常只有手機(jī)輻射的千分之一。常見定位技術(shù)的整體比較如表1[6]：

表1 定位技術(shù)對(duì)比圖

1.3 基于實(shí)物ID和UWB定位技術(shù)變電場(chǎng)景應(yīng)用

UWB無線電定位技術(shù)的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)就是能夠分辨一般多徑環(huán)境下的直達(dá)波信號(hào)，但是當(dāng)遮擋物存在于多徑環(huán)境中時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的問題[1]。基站安裝需求比較高，基站與基站之間必須要無視距遮擋，這樣才能保證定位效果正常。如圖1所示[7]：

圖1 基站信號(hào)傳播

基于實(shí)物ID和UWB定位系統(tǒng)主要框架結(jié)構(gòu)主要由硬件（基站、標(biāo)簽），定位引擎軟件（C/S架構(gòu)），API接口構(gòu)成。移動(dòng)終端和實(shí)物電子標(biāo)簽作為感知設(shè)備，通過設(shè)備編碼關(guān)聯(lián)具體工作任務(wù)，基站通過UWB脈沖信號(hào)進(jìn)行通信，基站將信息數(shù)據(jù)采集后轉(zhuǎn)發(fā)給定位服務(wù)器，數(shù)據(jù)通過定位引擎的算法處理，將精準(zhǔn)的位置信息通過開放的API接口傳輸給上層應(yīng)用。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

以某變電站為例，根據(jù)站內(nèi)實(shí)際情況，計(jì)劃安裝21臺(tái)室外UWB定位基站，可實(shí)現(xiàn)全站區(qū)域信號(hào)覆蓋以及定位10cm左右精度，從而實(shí)現(xiàn)各區(qū)域切換時(shí)的狀態(tài)判斷。如圖3所示。

圖3 基站布置圖

當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)時(shí)，通過移動(dòng)終端掃描實(shí)物“ID”，激活定位區(qū)域，實(shí)時(shí)定位作業(yè)人員位置，通過二維和三維定位，實(shí)現(xiàn)了人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域內(nèi)，整個(gè)過程進(jìn)行人員高精度定位，登高作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域警報(bào)提醒和跌落監(jiān)測(cè)，避免意外發(fā)生，做到了實(shí)時(shí)監(jiān)管、提前預(yù)警，便于相關(guān)管理人員的現(xiàn)場(chǎng)指揮、遠(yuǎn)端監(jiān)控。如圖4所示。

圖4 實(shí)物ID激活

通過平臺(tái)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置UWB定位區(qū)域，一旦作業(yè)人員接近區(qū)域系統(tǒng)將會(huì)提醒管理人員，定位標(biāo)簽也會(huì)報(bào)警，同時(shí)可與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，中控室及時(shí)查看觸發(fā)報(bào)警區(qū)域視頻。具體區(qū)域設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行劃定，可以是矩形、圓形、多邊形等，定位區(qū)域可以綁定多個(gè)設(shè)備實(shí)物“ID”，確保區(qū)域全覆蓋、無死角。如圖5所示。

圖5 作業(yè)監(jiān)測(cè)

2.結(jié)語

通過基于實(shí)物ID和UWB定位技術(shù)變電站作業(yè)智能交互化應(yīng)用，真正做到安全生產(chǎn)管理的可視化、高效化，作業(yè)全過程可追溯化，避免意外發(fā)生，達(dá)到安全監(jiān)護(hù)作業(yè)的目的，提高基于實(shí)物 ID 業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享機(jī)制的電網(wǎng)資產(chǎn)全景管控精益化水平，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全壽命周期管理“三個(gè)轉(zhuǎn)變”，全面提升公司資產(chǎn)全壽命周期管理水平，為智慧電網(wǎng)的深入落地實(shí)施提供服務(wù)和支撐。