基于NB—IoT人員定位安全帽的研究應用

陳太 陸澤木 鄭杰 肖高文

摘 要：隨著電網工程建設規模不斷擴大，高壓輸電線路向各級延伸，具有復雜的現場環境和維護要求，當前基建線路存在人員分散難于管控、山區無4G信號無法定位、在突發情況下無法求救及精確定位等。如何完善基建線路現場施工現場管理，控制事故發生頻率，保障文明施工一直是電力企業各管理部門關注的焦點。文章介紹了一種NB-IoT人員定位安全帽的研究應用。

關鍵詞：NB-IoT；人員定位安全帽；應用

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0163-02

Abstract： With the continuous expansion of power grid construction scale， high-voltage transmission lines to all levels of extension， with complex on-site environment and maintenance requirements， At present， it is difficult to control the scattered personnel on the infrastructure lines， the mountain areas can not be located without 4G signals， and can not be called for help and accurate positioning in emergencies. How to improve the construction site management of infrastructure lines， control the frequency of accidents， and ensure civilized construction has always been the focus of the management departments of electric power enterprises. This paper introduces the research and application of a kind of NB-IoT personnel positioning helmet.

Keywords： NB-IoT； personnel location helmet； application

為加強施工人員情況動態監管，監督現場工作情況，利用安全帽定位開發了人員定位系統，該系統可實時精確地對人員進行定位，能便捷、高效地進行安全生產和應急管理，提高施工管理水平，也能為事故處理和救援工作提供可靠的數據依據，保證各項工作的高效運作。

1 NB-IoT技術特點

NB-IoT比起GPRS來說，最大的特點是低功耗。除了本身NB-IoT的傳輸速率比較低以外，NB-IoT引入了eDRX省電技術和PSM省電模式，也是省電的主要原因。在PSM模式下，NB-IoT終端仍舊注冊在網，但不接受信令，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的。

另外eDRX省電技術延長終端在空閑模式下的睡眠周期，減少信號接收單元不必要的啟動。總的來說，這些措施就是讓終端的睡眠時間更多，睡眠質量更好，從而功耗也就更低。對于遠距離高速數據傳輸，LTE網絡以及未來的5G網絡可以滿足這方面的需求；而對于遠距離低速數據傳輸，特別是非實時低頻次數據傳輸，則是NB-IoT系統的用武之地。

NB-IoT非常適合應用于無線抄表（Metering）、傳感跟蹤（Sensor Tracking）這些領域，通過物聯網技術在這些領域的實施，可以大大降低管理成本，讓管理者可以隨時掌握各種數據。

2 NB-IoT人員定位安全帽構成與功能介紹

基于NB-IoT的人員定位安全帽設計包括高精度GPS定位模塊、采用NB-IoT技術進行數據傳輸的安全帽型定位終端和智能定位服務器三部分構成，每部分功能如下：

（1）采用高精度低能耗的GPS定

位芯片獲得米級精度的人員定位數據。

（2）采用NB-IoT技術進行數據傳輸的安全帽型定位終端：將高靈敏度GPS/北斗模塊內置于安全帽中，通過運營商信道傳輸GPS/北斗數據至工地智能定位服務器。該GPS/北斗模塊適合各種安全帽和頭盔，不需要更換原有安全帽和頭盔即可實現定位功能，充分保護用戶原有投資。

（3）工地智能定位服務器：可通過服務器實現數據轉發功能，管理人員可在中心操作電腦上實現對現場人員的調度和定位。系統具備完善的設備和用戶管理功能，同時結合電子地圖系統（GIS 系統）顯示所有用戶的實時定位信息及其當前狀態情況并將信息保存到數據庫供日后查詢。

3 安全帽定位設備技術參數

3.1 GPS/北斗啟動時間：冷啟動40秒、熱啟動3秒

3.2 定位精度：3-10米

3.3 速度精度：0.3米/秒

3.4 數據信道： GPRS/CDMA

3.5 供電方式：自帶電池

3.6 環境溫度：-20℃～70℃

4 安全帽管控子系統

安全帽管控子系統主要實現將施工人員位置信息、施工區域規劃及監管、緊急求救信息通過北斗衛星系統傳輸至施工人員定位服務器上。施工人員相關安全信息前端以實時數據包的方式發送到接收解析數據包的服務端口上，并以標準數據的形式存在數據庫中，傳輸過程通過后臺進行，亦無需人工操作，當各類系統根據實際業務情況進行查詢分析時，系統自動根據人員、時間區間、地理信息位置等條件進行查詢并在GPS地圖上顯示路徑信息、人員分布信息、人員求救信息、是否非授權情況下進入區域施工等預警信息。數據分析及呈現過程，無需人工干預。

5 應用效果

通過對NB-IoT人員定位安全帽的使用，有如下的應用效果：

（1）實現報警的功能：可于平臺顯示任意設備的報警信息（在設備編號中選擇設備，在報警類型中選擇要查看的報警，選擇開始時間和結束時間）；選中任意一條報警信息，點擊警報定位，可以查看發生該報警時所在的位置。

（2）設備信息管理的功能：設備信息欄可以顯示當前管理平臺下的所有設備信息：設備編號、設備名稱、所屬區域、所屬線路、綁定號碼、設備備注。

（3）在線監控的功能：在線監控可于百度地圖上進行展示，可對設備的歸屬、訂閱設備信息、追蹤設備位置、提示設備告警電量及上下線的狀態、實時了解設備的移動方位。

（4）角色區分的功能：該功能是用不同的圖標來表示不同的崗位，例如A圖標代表的是管理人員，B圖標代表的是施工人員。

（5）人數統計的功能：該功能可以用來統計在一個特定區域內的施工人數有多少人。以進行風險的控制和措施的施行。

（6）軌跡回放的功能：點擊地圖上的設備，點擊“回放”，或者直接點擊功能導航中的“軌跡回放”； a.選擇要回放軌跡的設備；b.選擇軌跡回放的起止時間；c.點擊軌跡查詢，查詢完畢后會出現軌跡圖，可以按照個人情況點擊“開始”、“暫停”、“重放”、“清楚軌跡”、“播放速率”功能鍵；若所選設備在該起止時間內無任何軌跡，在界面右下方會有提示窗口，提示：“該時間間隔內沒有軌跡數據”。

（7）軌跡統計的功能：在軌跡回放的所示的內容，該功能可以統計里程數、時間、速度之類的信息。a.總里程數：在所指定的開始到結束時間范圍內的總里程數。b.當前速度：當前軌跡點的速度。c.當前時間：在當前軌跡點的時間。d.里程數：從開始時間到車輛到達該軌跡點行駛的里程數。e.軌跡時間：所查詢軌跡的總時間。f.運動時間：設備在運動的總時間，即人員運動的總時間。g.停留時間：設備停留的總時間，即人員停留下來的總時間。

（8）后臺管理的功能：后臺管理能對設備進行修改、查看、布防功能。a.輸入用戶名和密碼進行管理校驗；b.查找設備：可根據設備編號，在輸入設備編號，進行查詢；c.編輯設備：選擇相應的設備編號，點擊查找可根據要修改的內容進行編輯。注意：設備描述選項可以填寫人的姓名或者電話號碼，可以起到查找人員方面的作用。d.布防管理：I、點擊布放管理，選擇相應的設備編號，點擊查找；II、選擇報警是否布放，以及設備產生報警時所要通知的用戶。

6 結束語

“基于NB-IoT的人員定位安全帽設備”結合了衛星定位和低能耗無線傳輸兩者的優點，減免了人員到現場的各種危險源，擯除了電話不能對人員位置、身份及數量進行驗證的弊端。該研究成果為當前安全生產管理提供了一種新的方式，同時項目使用的NB-IoT技術在一定程度上解決了現場目前“不知道、不確定、問問看”的問題，對安全生產監督管理具有一定的推動作用。

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