人員定位技術在水電站的應用研究

李 沖 張維華 關培爍 王清萍

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都610051）

0 前言

水電站電力生產現場比較特殊，其管理范圍大，管線復雜，需要管理和維護的設備眾多。如何獲取人員的實時位置是水電站管理中的一個關鍵環節，例如，在人員管理中，通過獲取人員的位置，判斷該員工的工作狀態，了解關鍵崗位、安全相關崗位人員是否及時到崗，是否擅自離崗；通過記錄員工的運動軌跡，可以判斷員工是否巡檢了相應設備；通過劃定危險區域電子圍欄，可以及時對進入或接近危險區域的人員及時預警等[1]。通過基于物聯網的室內人員定位技術可以有效獲取水電站電力生產現場的人員位置信息，從而實現對人員有效管理。

1 人員定位技術概況

1.1 RFID定位技術

RFID人員定位單元由RFID標簽和閱讀器組成。RFID標簽由被定位人員佩戴，布置在建筑物內的閱讀器即時讀取標簽發出的無線射頻信號，最終實現人員的實時定位[2]。電子標簽按供電方式分為無源、有源和半有源三類。日常應用最為簡便的無源電子標簽，通過接受閱讀器傳輸來的微波信號，以及通過電磁感應線圈獲取能量來對自身短暫供電，從而完成信息交換。因省去供電系統，故無源標簽的體積可以達到“厘米級”甚至更小，而且自身結構簡單，故障率低，使用壽命較長。

1.2 WiFi定位技術

WiFi是一種短程無線網絡傳輸技術，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、危害小、成本低、容易搭建和管理等優點[3]。WiFi定位方法按照是否基于RSSI（信號強度）分為兩大類。不基于信號強度RSSI的方法有根據ToA（Time of Arrival，到達時間）、TDoA（Time Difference of Arrival，時差）、AoA（Angle of Arrival，到達角）這些參數進行的定位，基于WiFi信號強度RSSI的定位算法有兩種，即三角定位算法和指紋算法。

1.3 藍牙定位技術

藍牙定位原理通過檢測信號強度來實現，具有應用場景不受限制、易普及等優勢。藍牙定位技術的定位過程為：藍牙Tag定時發送BLE廣播幀；AP接收BLE廣播幀，記錄每個收到幀的RSSI、MAC地址等信息，處理并轉發給定位服務器；定位服務器按照定位算法對報文中的RSSI等信息進行計算，計算出藍牙Tag所在的位置或者區域。

1.4 UWB定位技術

UWB是一種無線載波通信技術，利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。由于UWB技術傳輸速率高，能夠抵抗多徑環境，并可與現有其他無線通信系統共享頻譜，具有功耗低、穿透力強、保密性好、抗干擾能力強等優點，能提供精準的定位精度[4]。UWB定位原理為：由定位標簽每秒鐘打出若干次脈沖定位信號，定位基站進行接收，通過標簽到達不同定位基站的到達時間差進行解算，得出標簽的實時位置。

1.5 ZigBee定位技術

ZigBee是一種短距離無線網絡協議，其拓撲結構可以為星形、樹形和網狀型等。ZigBee定位系統分為無線網絡及監控中心，前者分為網關節點、參考節點與未知節點，后者則由串口數據線和上位機所組成。其中，網關節點往往被用來配置相關信息，參考節點指的是位置確定的節點；未知節點與之相對，通常是指坐標不確定的節點，不同節點經由無線通信的方式，在計算定位坐標的基礎上，為后續工作提供便利[5]。ZigBee定位系統具有功耗低、抗干擾能力強、自組網能力強、成本低的優點。

2 人員定位技術對比

綜上所述，目前現有的RFID、WiFi、UWB、藍牙、ZigBee等人員定位技術在定位精度、建設成本等方面各不相同。如表1所示：

表1 各類定位技術對比表

3 水電站人員定位系統特點

相比于其他應用場景，水電站有著很多獨有的特點，因此人員定位系統的設計應充分考慮水電站的特點，采用最適用的人員定位技術，以達到更優的定位效果。水電站人員定位系統特點如下：

（1）水電站可根據功能及重要程度劃分為不同區域，考慮到管理需求和建設成本，不同區域所需的定位精度有所差異，因此可針對不同區域設計不同的定位技術。比如營地、封閉區范圍的管理重點在于判定和統計該區域內的人員出入情況，并實時掌握該區域內人員數量和分析出人員組成情況；大壩、地下廠房等生產區域需對區域進出權限的管控有嚴格的要求，需要實現顆粒度較細的人員定位；廠房機電設備核心區域在巡檢、檢修等生產作業場景中需實現工作人員的實時監控以及過程可視化，對人員進行精準的跟蹤定位，在進入設備警戒區域或走錯間隔、或未按照規定巡檢路線或未完成巡檢要求的規定動作，可及時預警。

（2）可結合水電站現有基礎設施進行人員定位系統設計。水電站基礎設施一般都包含工業電視、WiFi等系統，若能在這些已有系統的基礎上進行人員定位系統設計，不僅可以提升項目的可行性、降低建設成本，還可以減少以后設備檢修、維護的工作量。

（3）水電站核心生產區域對人員定位的精度要求高，同時也需要較高的準確性和穩定性，現有的幾種人員定位技術各有優缺點，若使用單一技術很難突破技術壁壘，可采用兩種以上技術融合的方式進行設計，以彌補單一人員定位技術所固有的缺點。

（4）人員定位系統的電子標簽應盡可能簡單，同時應結合使用人員的日常習慣，這樣更容易被使用人員所接受。比如根據水電站的安全管理要求，進入生產區域必須佩戴安全帽，若能將電子標簽和安全帽有機結合在一起，可以大幅度提高人員定位系統的實用性。

4 結語

水電站人員定位系統對于提升水電站的智能化水平有著重要意義，同時對于提升水電站的人員管理水平而言，人員定位系統所起到的作用也是顯而易見的。隨著物聯網技術的發展，現有人員定位技術已相對成熟，而如何利用這些技術來提升人員定位系統的定位精度、準確性、穩定性，降低建設成本是目前該領域研究的一個重要方向，也是人員定位系統今后能否在水電站大規模普及的一個關鍵因素。