基于UWB定位技術的電站管理系統的設計與實現

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：針對目前大多數電站對作業人員進行監控與管理過程中出現的問題，本文首先對當前主流的室內定位技術進行分析，提出了將UWB定位技術作為電站內部的定位手段;其次為了將UWB定位技術與電站管理系統結合，對電站管理系統進行了詳細的設計;最后開發了基于UWB定位技術的電站管理系統，有效地實現了電站的智能化與信息化管理。

關鍵詞：室內定位技術;電站管理系統;系統設計

一、引言

隨著社會的不斷發展和持續進步，基于精準定位技術的智能化管理系統已經逐漸應用在電力行業中。根據電網公司“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原則，開展信息化平臺管理工作，可有效地解決電站內部設備管理嚴格化、人員錄入統一化、車輛進入安全化等問題。這種智能化管理，既加強了人員的安全防范，維護電站的正常運行，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部的定位不夠準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，本文結合精準定位技術，對電站管理系統進行設計與實現，來實現電站的智能化管理。

二、關鍵技術

定位和移動物體的跟蹤是位置服務的必要條件[1]，在電站內部進行精準定位是為了實時追蹤作業人員的活動位置及軌跡路線，并可對軌跡路線進行回放;追蹤巡檢人員是否按照要求進行巡檢工作，實現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軌跡。通過電子圍欄對危險區域進行權限設置，當來訪人員進入危險區域，系統自動發出告警，以此來提醒人員離開危險區域。因此，一種高精度的定位技術是提高電站工作效率重要保證。

（一）主流的室內定位技術

（1）藍牙定位

藍牙定位是根據RSSI的值，通過三角定位原理進行定位[2]。該技術的優點為定位精度高，有較低的功耗。由于目前的手機中普遍內置藍牙模塊，有利于藍牙定位技術的推廣，但缺點是當有噪聲信號的干擾時，會使得藍牙的信號發生波動，導致定位精度出現偏差[3]。

（2）WIFI室內定位

WIFI定位是利用網絡中部署的無線接入點AP的無線信號特征作為參考信息進行定位。該技術的優點是目前無線網絡已經進行了廣泛的覆蓋，通信能力較強，產品相對比較成熟，設備成本較低。但缺點是信號容易受到環境的干擾，不適用于高精度的實時跟蹤場景[4]。

（3）超寬帶定位

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）定位技術以發送的納秒級超窄脈沖作為傳輸數據的媒介，可以獲得GHz級的數據帶寬，實現室內定位[5]。該技術的優點為低功耗、有較強的穩定性，不易受到環境的干擾，且具有很高的定位精度。其缺點是設備成本較高。目前UWB定位常用于大型工廠的定位監控、監獄的安全管理以及養老院對老人的看護等。

綜合考慮電站的特殊性，定位精度將直接影響作業人員的人身安全，對定位精度要求極高。電站作為高危企業，時間就是生命，例如在員工進入危險區域，若不能及時準確地確定位置和報警，可能就會釀成重大的不可預估的后果。因此，選擇UWB定位技術對精準對電站內部進行實時定位與監控，可以保證作業人員的安全與工作的順利開展。

三、系統的總體設計與實現

（一）系統架構設計

根據電站的工作需求和系統的設計原則，設計了基于UWB定位技術的電站管理系統，采用B/S開發模式，基于分層設計和模塊化的設計思想，結合MVC（Model View Controller）表現模式和三層體系架構設計了原型系統框架。系統架構主要分為表現層、業務邏輯層和數據層，其中表現層又可細分為視圖、模型和控制器三部分。

用戶通過表現層的C輸入服務請求，由表現層的M獲取相關操作數據和業務邏輯，通過工作空間調用業務邏輯層來執行業務邏輯，業務邏輯執行具體功能時涉及到的數據通過數據接口調用系統數據層相應的數據，然后將執行后的結果通過數據接口寫入本地數據庫中，通過工作空間將結果數據按照Json的格式傳到系統前端的V中，由前端頁面解析Json數據以合適的方式顯示給用戶。系統架構中的三層相互獨立又互為支撐，具有“高內聚、低耦合”的特性。

（二） 系統功能設計

電站管理系統主要提供的是基礎位置服務，包括實時位置展示與歷史軌跡等基礎服務，電子圍欄、區域管理、終端管理等應用服務。系統的具體功能主要劃分以下幾個模塊：精準定位、工作票管理、電子圍欄、歷史軌跡、路徑規劃。

（1）精準定位。該功能主要通過UWB定位技術實時監控電站中的作業人員，觀察作業人員的工作動態，保證作業人員的安全。同時，在該功能模塊下，還可以通過切換圖層來改變地圖場景，以便實現多場景的監控管理。此外，場景地圖還可以實現二維地圖與三維地圖的聯動，實現真實場景的還原。

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

（3）電子圍欄。該功能主要是電子圍欄的創建與修改，同時對進入電子圍欄內部的人員進行報警，一方面可以及時對誤入圍欄的人員進行提醒或援助，另一方面也可以通過劃分危險區域保證人員的安全。

（4）歷史軌跡。該功能主要是對巡檢人員的巡檢軌跡進行回放，以此來對巡檢人員的工作狀況進行評估，判斷巡檢是否達到相應的要求，方便巡檢人員及時做出相關調整，提高巡檢人員的工作效率。

2.3 系統實現

系統的整體界面如圖1所示，從整體界面可以看到上述功能設計中的各個功能模塊，同時電站的地圖在屏幕中進行居中顯示，以便對作業人員進行監控。

四、 結束語

本文將UWB定位技術應用在電站內部，設計并開發了基于UWB定位技術的電站管理系統，實現了對電站作業人員的管理與監控，保證了作業人員的人身安全，同時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，系統在設計的過程中預留了的接口，為后續功能的拓展做好了準備。