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探索定位技术在智慧电厂中的应用

发布时间 :

2020-03-20

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物联网技术的发展,让位置信息的获取和应用在安全管理中占比越来越多。相对于室外的GPSLBS、北斗等等精度要求不高的定位,室内定位的工作环境更为复杂、精细,对定位技术也就更高。例如在智慧电厂中的人员及货物管理与调度、生产安全管理、人员/访客定位管理等等均需要高精度的定位。

一般情况下,我们根据技术原理和使用信号源的不同,可以将室内定位技术分为:Wi-Fi定位、ZigBee定位、蓝牙定位、UWB定位、RFID定位、卫星定位、低频触发定位、基站定位、声波定位、光定位、地磁定位等。下面就来探讨一下WiFi、蓝牙、UWB常见的三种室内定位技术。

WiFi

2010年前后,Wi-Fi定位开始在基于定位标签的人员监控行业领域应用起来,2013年,基于手机的Wi-Fi探测等应用也随之崭露头角。目前,Wi-Fi定位是比较流行的一种室内定位技术,其定位方法是基于信号强度的传播模型法和指纹识别法。

信号强度的传播模型法,是指使用当前环境下假设的某种信道衰落模型,根据其数学关系估计终端与已知位置AP间的距离,如果用户听到多个AP信号,就可以通过三边定位算法来获得用户的位置信息;指纹识别法,则是基于Wi-Fi信号的传播特点,将多个AP的检测数据组合成指纹信息,通过与参考数据对比来估计移动物体可能的位置。

在定位精度为米级的一些场景,可利用Wi-Fi进行覆盖,该技术适用于对人/车的定位导航,医疗机构、商场、主题公园等场景。

蓝牙

2014年左右,基于蓝牙的定位技术开始在监控定位领域被应用。20177月,蓝牙mesh正式推出,在一年半的时间里,已经有超过105种具有蓝牙mesh网络功能的产品获得认证,其中包含芯片、协议栈、模组及终端产品供应商等。

为了满足位置服务市场不断增长的需求,全新蓝牙5.1标准新增了寻向功能,可帮助设备明确蓝牙信号的方向,进而帮助开发者解读设备方向的蓝牙接近(proximity)解决方案,实现厘米级位置精度的蓝牙定位系统。

基于位置的蓝牙服务解决方案通常分为两类:接近类解决方案和定位系统。无论是实时定位,还是室内定位,原理都是类似的,即在数据包传输中加入RSSI(接收信号强度)机制,通过RSSI来虚拟出产品的大致范围,再通过三边测量法,实现相互交集的测量算法,最终完成室内定位。

蓝牙定位,只要设备的蓝牙功能开启,就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大,且蓝牙器件和设备的价格比较贵。

根据《2019蓝牙市场最新资讯》显示,位置服务已成为增长最快的蓝牙解决方案,预计未来五年其年复合增长率将达到43%

蓝牙定位主要用于对人的小范围定位,例如单层大厅或商店,现在已经被某些厂商开始用于LBS推广。

UWB

近年来,随着UWB芯片方案的成熟和成本的下降,国内研究UWB定位技术的公司不断涌现。UWB是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强的无线定位技术。目前使用UWB定位技术的行业是隧道、化工厂、监狱、医院、养老院、矿井等行业。

UWB定位是由多个传感器采用TDOATime Difference of Arrival,到达时间差)和AOA定位算法对标签位置进行分析,具有多径分辨能力、精度高、定位精度可达厘米级等特点。

TDOA是一种利用到达时间差进行定位的方法又称为双曲线定位。标签卡对外发送一次UWB信号,在标签无线覆盖范围内的所有基站都会收到无线信号。如果有两个已知坐标点的基站收到信号,标签距离两个基站的间隔不同,那么这两个基站收到信号的时间点是不一样的。

基于信号时间的定位系统,例如UWB,一旦遇到墙体遮挡的情况就需要重新部署。同等面积,房间数量增加一倍,基站用量也将增加一倍,其在空旷场景基站更易部署。

智慧电厂中的定位技术应用

云酷科技在定位技术上选择了UWB技术来针对电厂对人员、设备定位的实际需求,其自主设计研发的可视化人员定位系统软硬件结合,能够为智慧电厂安全管理带来:

1、人员定位与管理

员工携带信息唯一的定位标签,通过电子标签和定位设备之间不断测距,实时定位并显示在二维/三维地图上,当人员遇到突发情况时,可以通过电子标签进行报警。同时根据标签的唯一性,在系统中输入人员信息就可以查询当前位置,还可以查询到人员一定时间内的历史活动轨迹。在此基础之上系统会自动统计各外包队伍出勤率,及人员出勤天数供管理人员查看。

2、区域分级管控

系统把整个厂区划分为N个作业区域,根据作业区域安全风险的高低做出相应的等级划分,便于重点区域重点监控。根据各人员的工作岗位和工作内容进行区域授权,对人员闯入未授权区域系统立即报警。同时系统会接入ERP中的两票、缺陷信息,根据两票、缺陷信息中的区域位置及设备的KKS编码,把两票、缺陷作业划分到相应的区域中,实现两票、缺陷及作业人员分区域列表展现和三维展现,方便查看与管理。

3、巡点检到位管理

定位系统自动记录巡点检人员的巡点检时长、巡点检次数并与预设的巡点检路线进行比对,自动统计分析巡点检人员的到位率与偏差等。对于巡点检人员偏离巡点检路线及漏检等及时短信与APP推送报警信息。

4、高风险作业管

密闭空间作业属于高风险作业,安全风险较高。针对密闭空间作业的环境特点,采用电池供电的移动式定位设备临时固定在密闭空间内,天线放置在密闭空间外,确保定位无线信号传输的可靠性。人员携带定位标签进入密闭空间系统可实时监督密闭空间内人员数量。同时可加设便携式无线摄像头,以便实时监控作业人员。高空作业、大型设备吊装及脚手架搭设过程中容易出现安全事故,如未挂安全带坠落,交叉作业、高空落物等风险,这类亦属于高风险作业。在作业前假设临时虚拟电子围栏,防止无关人员进入工作区,同时利用图形识别技术检测是否正确佩戴安全帽和安全带,发现异常立即报警。

5、多系统联动

系统支持接入电厂视频监控系统,在三维电子地图上显示视频监控位置,任意切换调取视频监控。可实现快速查找、单点回放、图像识别等功能。同时可基于人员当前位置自动调取对应的视频监控,对人员行走到其他位置自动切换到相应监控画面。对于发生异常的情况,可基于人员历史轨迹不同位置及不同时段调取相应位置相应时间段的历史视频监控,与历史轨迹联动播放,方便事故分析及责任划定。

从来没有最好的技术,只有最合适的技术,云酷科技专注电厂安全领域,结合UWB技术为电厂制定的人员定位系统,真正解决电厂人员安全管理问题,为电厂智慧电厂、智慧安全建设提供前有力的保障。


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