基于UWB定位技术的电站管理系统的设计与实现

刘家铭 李仲斌 杜浩东 杨康萍 李舟 陈洵 刘丽斌 朱艺伟 黄林超?

摘要：针对目前大多数电站对作业人员进行监控与管理过程中出现的问题，本文首先对当前主流的室内定位技术进行分析，提出了将UWB定位技术作为电站内部的定位手段;其次为了将UWB定位技术与电站管理系统结合，对电站管理系统进行了详细的设计;最后开发了基于UWB定位技术的电站管理系统，有效地实现了电站的智能化与信息化管理。

关键词：室内定位技术;电站管理系统;系统设计

一、引言

随着社会的不断发展和持续进步，基于精准定位技术的智能化管理系统已经逐渐应用在电力行业中。根据电网公司“管理制度化、制度流程化、流程表单化、表单信息化”的工作要求和简洁高效的指导原则，开展信息化平台管理工作，可有效地解决电站内部设备管理严格化、人员录入统一化、车辆进入安全化等问题。这种智能化管理，既加强了人员的安全防范，维护电站的正常运行，又提高了电站的管控能力。但是在目前的电站中，面临的主要问题为电站内部的定位不够准确与电站的管理漏洞，因此，为了解决上述问题，提高电站的工作效率，本文结合精准定位技术，对电站管理系统进行设计与实现，来实现电站的智能化管理。

二、关键技术

定位和移动物体的跟踪是位置服务的必要条件[1]，在电站内部进行精准定位是为了实时追踪作业人员的活动位置及轨迹路线，并可对轨迹路线进行回放;追踪巡检人员是否按照要求进行巡检工作，实现巡检过程的可视化和智能化，从而提高巡检的管理效率;精确获取来访人员的位置并可追溯来访人员活动轨迹。通过电子围栏对危险区域进行权限设置，当来访人员进入危险区域，系统自动发出告警，以此来提醒人员离开危险区域。因此，一种高精度的定位技术是提高电站工作效率重要保证。

（一）主流的室內定位技术

（1）蓝牙定位

蓝牙定位是根据RSSI的值，通过三角定位原理进行定位[2]。该技术的优点为定位精度高，有较低的功耗。由于目前的手机中普遍内置蓝牙模块，有利于蓝牙定位技术的推广，但缺点是当有噪声信号的干扰时，会使得蓝牙的信号发生波动，导致定位精度出现偏差[3]。

（2）WIFI室内定位

WIFI定位是利用网络中部署的无线接入点AP的无线信号特征作为参考信息进行定位。该技术的优点是目前无线网络已经进行了广泛的覆盖，通信能力较强，产品相对比较成熟，设备成本较低。但缺点是信号容易受到环境的干扰，不适用于高精度的实时跟踪场景[4]。

（3）超宽带定位

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）定位技术以发送的纳秒级超窄脉冲作为传输数据的媒介，可以获得GHz级的数据带宽，实现室内定位[5]。该技术的优点为低功耗、有较强的稳定性，不易受到环境的干扰，且具有很高的定位精度。其缺点是设备成本较高。目前UWB定位常用于大型工厂的定位监控、监狱的安全管理以及养老院对老人的看护等。

综合考虑电站的特殊性，定位精度将直接影响作业人员的人身安全，对定位精度要求极高。电站作为高危企业，时间就是生命，例如在员工进入危险区域，若不能及时准确地确定位置和报警，可能就会酿成重大的不可预估的后果。因此，选择UWB定位技术对精准对电站内部进行实时定位与监控，可以保证作业人员的安全与工作的顺利开展。

三、系统的总体设计与实现

（一）系统架构设计

根据电站的工作需求和系统的设计原则，设计了基于UWB定位技术的电站管理系统，采用B/S开发模式，基于分层设计和模块化的设计思想，结合MVC（Model View Controller）表现模式和三层体系架构设计了原型系统框架。系统架构主要分为表现层、业务逻辑层和数据层，其中表现层又可细分为视图、模型和控制器三部分。

用户通过表现层的C输入服务请求，由表现层的M获取相关操作数据和业务逻辑，通过工作空间调用业务逻辑层来执行业务逻辑，业务逻辑执行具体功能时涉及到的数据通过数据接口调用系统数据层相应的数据，然后将执行后的结果通过数据接口写入本地数据库中，通过工作空间将结果数据按照Json的格式传到系统前端的V中，由前端页面解析Json数据以合适的方式显示给用户。系统架构中的三层相互独立又互为支撑，具有“高内聚、低耦合”的特性。

（二） 系统功能设计

电站管理系统主要提供的是基础位置服务，包括实时位置展示与历史轨迹等基础服务，电子围栏、区域管理、终端管理等应用服务。系统的具体功能主要划分以下几个模块：精准定位、工作票管理、电子围栏、历史轨迹、路径规划。

（1）精准定位。该功能主要通过UWB定位技术实时监控电站中的作业人员，观察作业人员的工作动态，保证作业人员的安全。同时，在该功能模块下，还可以通过切换图层来改变地图场景，以便实现多场景的监控管理。此外，场景地图还可以实现二维地图与三维地图的联动，实现真实场景的还原。

（2）工作票管理。该功能实现了对工作票的新增、删除、编辑、查询、详情查看和注销等功能，是执行保证安全技术措施的书面依据。

（3）电子围栏。该功能主要是电子围栏的创建与修改，同时对进入电子围栏内部的人员进行报警，一方面可以及时对误入围栏的人员进行提醒或援助，另一方面也可以通过划分危险区域保证人员的安全。

（4）历史轨迹。该功能主要是对巡检人员的巡检轨迹进行回放，以此来对巡检人员的工作状况进行评估，判断巡检是否达到相应的要求，方便巡检人员及时做出相关调整，提高巡检人员的工作效率。

2.3 系统实现

系统的整体界面如图1所示，从整体界面可以看到上述功能设计中的各个功能模块，同时电站的地图在屏幕中进行居中显示，以便对作业人员进行监控。

四、 结束语

本文将UWB定位技术应用在电站内部，设计并开发了基于UWB定位技术的电站管理系统，实现了对电站作业人员的管理与监控，保证了作业人员的人身安全，同时提高了电站的工作效率，使电站的管理趋于智能化与信息化。此外，系统在设计的过程中预留了的接口，为后续功能的拓展做好了准备。