基于UWB定位技術與視頻監控系統聯動的現場作業管控平臺研究

丁科宇

摘 要：近年來電網規模也越來越大，變電站數量逐年不斷增多，變電站運維人員日常工作點多面廣，在對變電站設備做好日常巡視維護的同時，還要對進入變電站所有工作人員的作業行為進行有效管控，尤其是大型作業現場，工作地點分散、現場作業人員較多，傳統的依靠工作人員現場監督很難做到全過程管控。引入UWB定位技術，并通過視頻監控系統聯動，形成立式現場作業管控平臺，將是未來的現場工作數字化管控的演進方向。

關鍵詞：UWB定位技術;視頻監控系統;管控平臺

一、內容

（一）UWB技術原理

超寬帶（UltraWide-Band，UWB）是一種新型的無線通信技術，UWB技術采用TDOA（到達時間差原理），利用UWB技術測得定位標簽相對于兩個不同定位基站之間無線電信號傳播的時間差，從而得出定位標簽相對于四組定位基站的距離差。使用TDOA技術不需要定位標簽與定位基站之間進行往復通信，只需要定位標簽只發射或只接收UWB信號，故能做到更高的定位動態和定位容量。現場作業管控平臺的核心就需要使用UWB-TDOA技術實現高精度、高動態、高容量、低功耗的定位系統。

（二）視頻監控聯動原理

電力現場使用的視頻監控系統建設較早采用的是模數結合結構構建，在變電站前端攝像機的監視成像清晰度上相比，高清720P和1080P圖像成像分辨率存在較大差距，還有在實際環境中因光照變化而引起的背景的復雜性、目標運動的復雜性、遮擋、目標與背景顏色相似、雜亂背景等等，當出現定位越界報警，視頻監控抓拍與跟蹤，都會增加設計和選點的難度。所以，視頻監控的聯動和對接是關鍵，通過對視頻監控系統API接口進行二次開發，實現視頻監控攝像頭點位與定位系統聯動，無需人工干預，在視頻監控系統中自動搜索定位系統中人員位置，并推送相關視頻圖像;利用定位系統實時對區域人員和事件進行定位和記錄，并將結果回傳至平臺，平臺根據結果聯動攝像頭實時查看現場情況，增強現場管控力度。

（三）基于UWB和視頻監控的作業管控平臺架構

基于UWB和視頻監控的作業管控平臺架構由感知層、傳輸層、服務層、網絡層、應用層組成。

感知層由定位基站、通信基站、通信定位基站共3類定位基站和定位標簽組成，通過定位基站與定位標簽的UWB定位信道實現對定位標簽的定位，通過通信基站與定位標簽的Zigbee通信信道實現定位基站對定位標簽的參數配置、定位標簽的狀態回傳以及定位標簽上下行的數據。定位基站通過Zigbee通信信道與通信基站、通信定位基站實現參數配置、狀態回傳、上下行數據。

傳輸層分為無線傳輸網和有線傳輸網，無線傳輸網通過WIFI信道為定位基站提供數據傳輸鏈路，有線傳輸網通過有線以太網（如POE）方式為定位基站提供數據傳輸鏈路，并且有線傳輸網還為無線傳輸網提供數據傳輸鏈路。

服務層由UWB定位引擎軟件、UWB定位系統管理軟件、對內和對外接口軟件組成，這些軟件部署在系統服務層服務器。UWB定位引擎軟件實現定位數據的解算，得到定位標簽的坐標;UWB定位系統管理軟件實現定位網、通信網、無線傳輸網的管理及維護功能，并作為應用層到感知層的數據交換橋梁;對內接口軟件給我司自有系統應用軟件提供數據接口;對外接口軟件給第三方應用提供數據接口。

網絡層分為互聯網和局域網，并完成部署。

應用層包括系統應用軟件和應用層對外接口軟件，系統應用軟件實現定位顯示、軌跡回放等基礎功能及應用定位數據的現場作業管控、巡檢、過程管理、行為分析等拓展功能;應用層對外接口軟件提供接口以便集成4A模塊等使用本系統的數據。

（四）UWB和視頻監控聯動中解決的關鍵問題

1.遮擋問題

遮擋是目標中必須解決的難點問題。運動目標被部分或完全遮擋，又或是多個目標相互遮擋時，目標部分不可見會造成目標違規信息缺失，影響圖像采集的穩定性。為了減少遮擋帶來的歧義性問題，必須正確處理遮擋時特征與目標間的對應關系。大多數系統一般是通過統計方法預測目標的位置、尺度、動作等，都不能很好地處理較嚴重的遮擋問題。

2.兼容性問題

現目前變電站圖像監控系統是通過設備初設預置點的方式實現攝像頭聯動控制。本次項目通過結合設備定位技術與圖像識別技術有機結合，需要現場進行充分融合分析論證并進行聯動兼容性調試試驗問題。

3.圖像識別算法技術

圖像識別技術運用現場作業人員違章分析，算法策略要求較高，現目前變電站算法只能實現保護屏壓板核對檢查等工作。圖像識別技術策略的好與壞，直接關系到本次項目功能能否實現，將出現錯報、漏報的情況應降低到合理接受范圍之內。

二、結語

通過UWB和視頻監控聯動，保障變電站工作區域智能化監管的實現，演進出變電站數據采集處理平臺，改變目前僅靠人工監督變電站施工作業過程的現狀，通過對線路、內容、人員一一對應，提供智能化的管控，減少由于疏忽出現的安全事故，通過對區域安全進行自動監控，實現對非授權人員誤闖、擅闖等行為進行提示和報警，并結合現場視頻聯動，為保障人員安全，增強變電站有序化管控力度提供保障，對變電站的工作人員按照不同的工作內容和工作性質劃分不同工種，為變電站工作人員的有序管理，并在發生特殊情況的責任劃分提供清晰的依據，實現對生產區域作業現場全過程規范化管理，提升管理水平。