对建筑工地人员定位系统的研究

摘 要：建筑工地是安全事故多发地区，若人员管理存在问题，安全隐患过多，会严重影响工作人员的生命财产安全。在人员管理、安全隐患管理过程中，应用定位系统可起到良好的辅助功能。基于工地人员定位系统的设计以及应用，是安全监督管理的重要核心。本文基于信息化背景下建筑工地人员定位系统的研究以及应用，对定位系统进行了概述，并阐述了定位系统的具体应用，具有重要借鉴价值。

关键词：建筑工地；人员定位；定位系统；安全监督

中图分类号：TU976.9 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0321-02

引 言

建筑工地施工具有突发性、隐患性等特点，建筑工程安全监管是文明施工提出的客观要求。基于建筑工地的人员管理，传统的粗放式管理模式已经无法满足具体安全施工需要，施工效率低下、管理制度落后、权责体系缺失，导致建筑工程施工现场安全问题频发。基于UWB超宽频无线定位识别技术应用具有重要价值，可通过人员定位的方式，为安全施工管理提供保障。

1 建筑工地人员定位系统概述

原始的无线定位技术是指GPS定位技术，在20世纪70年代出现，是一种基于卫星导航的定位系统[1]。在定位技术不断完善中，UWB定位技术产生，并在人员管理、工程人员定位中被广泛应用。某工地人员定位系统的构建以及应用利用UWB系统进行定位识别，并利用TDOA无线定位技术来实现人员定位，结合时间差定位方法，对信号进行传递以及接收。该工地应用此系统，利用UWB技术识别工地人员安全帽部位的标签，并在工地安装无线信号接收以及传递设备，借助数据采集设备将识别信息传输至数据库中。在此，系统也可借助身份证阅读器设备，对工地人员的信息进行录入，并利用web服务器，储存采集的数据信息，如图1所示。

2 建筑工地人员定位系统作用

应用建筑工地人员定位系统，其主要目的是基于定位系统，对工地人员的工作到岗时间、工作情况进行动态考核，为人员管理、安全管理提供技术保障。本公司将安全帽作为定位系统开发应用的载体，以便捷的方式开展员工安全生产管理、考勤管理工作，对人员工作数据进行采集。基于定位系统的应用，核心功能主要体现在以下四个方面：①通过信息识别、人员定位的方式，能够了解每个工作人员的工作轨迹、行动轨迹，了解员工的现场工作状态，在管理中结合工程实际情况、系统数据信息，对员工进行量化管理，有效提升施工效率；②领导部门可结合系统识别情况，结合不同岗位人员情况，开展整体工程的调度工作，以规范化、科学化的人员管理方式，实现工地资源的合理配置；③此系统应用可针对建筑工地的突发性事故，快速了解事故的位置、事故人员的基本信息，当出现安全事故时，人员定位系统可为事故抢险工作提供指导，指导相关人员进行科学决策；④利用人员定位系统，可对建筑工程中的分包状况、转包项目进行科学管理，为项目的效益提供良好的条件。所以，基于建筑工地人员定位系统的应用，对优化工程质量、辅助科学管理具有重要意義[2]。

3 建筑工地人员定位系统研究

3.1 基于人员定位系统的工作原理分析

在对此工程中定位系统的工作原理进行分析时，需要明确系统的信号发射与信号接收设备。该系统以安全帽为载体，并非直接对人员进行定位，基于安全帽的标签识别，对员工信息进行明确。在此系统中，方案主要应用UWB超宽屏无线识别技术，工地人员的安全帽可以发出特殊的电子标签信息，散播宽频无线信号，有关部门在施工区域一定范围内安装定位基站，通过交换机设备、信号接收设备，将网络连接到服务器之中，对标签的信息进行识别定位。UWB技术应用，安全帽标签可与基站进行通讯，并读取标签中的ID信息，并利用TDOA算法，计算出每个员工的工作位置、距离等，实现对工作人员的准确定位[3]。

在明确工作模型之后，对此技术的工作原理进行研究。UWB是一种无载波形式的通信技术，在定位功能应用过程中，其应用短频能量脉冲，经过序列组合之中，对信号中的正频进行调解、排序，可扩频通信，减少干扰。在系统运行时，其以产生电子脉冲信号源的方法，实现安全帽标签的分类与识别，UWB系统以系带传输的方法，对信号信息调制，并应通过二级制PPM系统调至，对信息、数据、信号等传输提供链路渠道。基于此技术在定位系统中的应用，具有传输速率高、抗干扰能力强等优势，基于室内、建筑工地定位中的应用，通过射频标识识别方法，实时获取定位信息，在功耗、造价上均具有一定的优势。最后，UWB技术应用主要基于三个构件实现，其中包括标签系统、微基站系统、定位引擎三种，安全帽标签发射信号适应性基站数据处理准确性的关键要素，而微基站接收定位信号，通过算法计算距离，定位引擎根据PC端程序，在地图上显示标签位置，实现动态化的人员定位监测，某公司共设计基站四个。

3.2 基于人员定位系统的算法研究

基于UWB在定位系统中的应用，通过标签识别、信号通信的方式对建筑工地人员进行定位，指导工程管理。在此过程中，需结合程序、识别信息，根据相关算法，明确工地人员的最终位置。某公司在定位系统中，应用UWB进行标签识别、信息定位，并利用TDOA无线定位技术，对人员距离、位置进行计算。TDOA利用时间差计算方法，对距离、位置进行定位，当标签射频信号进入到基站之后，计算测量信号到监测站之间的时间，明确信号源与基站的距离。所以，基于此技术定位计算，需将监测站作为核心，以圆形的分散方式，对信号源的来源渠道进行明确。在此过程中，绝对时间测量具有一定的难度，但比较不同信号达到监测站的最终时间，并以监测站位核心，可以计算信号的位置[4]。

基于计算原理，在原始TOA算法的基础上进行了完善，在计算过程中，其不会直接利用信号达到时间作为计算基础，而是在对四个基站均接收到信号的情况下，计算信号源达到不同基站的时间，确定移动标签的位置。此外，在计算过程中，通过相关的运算形式，移动标签到达另一标签的位置，得到最终的TDOA值，在基站与标签不同步情况下，也可以进行高精度的定位计算。在工地人员定位系统中应用此算法，具有很大的优势：①计算速度较快吗，具有很强的抗多径能力，外界因素对最终的测量结果影响较小；②此算法计算误差比较低，可有效规避系统运行过程中的多径时延误差、同步误差。但在应用过程中，需避免功率控制影响最终的计算结果。此算法具有很大的计算优势，其算法原理如图2所示。

3.3 基于人员定位系统的数据传输研究

基于建筑工地人员定位系统的应用，除借助UWB对标签、ID等基础信息进行识别、TDOA无线定位技术算法应用之外，需借助相关的硬件设备，实现最终的数据提取以及数据传输，为人员管理、岗位考核、安全监督提供保障，以系统化的方式，发挥定位系统的价值。①上文已经提到过，基于定位系统需要以标签为基础，而建筑工地标签系统载体为安全帽设备，每一个安全帽配置一个ID信息，并匹配一个工地人员，其中包括管理人员、监管人员、施工人员等。此外，在安全帽标签设备基础上上，会配置一个区域无线定位器，标签会定时发送ID信号，将数据传输至无线定位器之中。②定位器会将采集的数据、信息等传输到定位系统的服务器之中，服务器对数据信息进行识别，并收录到系统之中。③服务器会对采集识别的信息数据进行数据处理，通过web网络服务器将定位信息储存到终端之中。本公司在应用人员定位系统基础上，在工地区域安装了身份证阅读器，身份证阅读器能够快速提取工作人员的信息，并将提取的信息上传到最终的系统之中。基于人员定位系统的应用，借助上述硬件设备、服务器设备，实现最终的数据传输以及采集，为建筑工地人员安全监管提供保障，有效提高建筑工地人员的工作效率、质量。

4 结 论

总而言之，基于人员定位系统的应用，以动态考核的方式对工作人员的到岗情况、工作状态进行管理，以安全监督为核心进行工程管理，具有重要价值。本文以安全帽为载体的人员定位系统为例，可精确对施工人员、管理人员进行定位，结合高效的考勤管理制度，最大限度降低建筑工地安全风险，健全工程抢险救灾机制。

参考文献

[1]赵 悦，兰 英，屈 贤.基于MEMS传感器的煤矿井下人员定位系统设计[J].工矿自动化，2018，44（08）：87～91.

[2]张丽峰.“全球GPS人员定位管理系统”对森林巡护信息化的作用[J].山西林业，2017（04）：20～21.

[3]柴昕锋，韓家盛.基于低频射频识别技术的矿井人员定位系统设计研究[J].陕西煤炭，2017，36（04）：5～8.

[4]王祥瑞.ZigBee技术和CAN技术在高层建筑被困人员定位系统的应用研究[J].吉林建筑工程学院学报，2014，30（06）：52～55.

收稿日期：2018-10-12

作者简介：陈煜健（1983-），男，工程师，硕士研究生，主要从事机电和市政工程质量安全监督及研究工作。