基于UWB定位技术的应急管理系统在水库导流洞工程中的应用.pdf
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1、人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45,Sup.1Jun.,2023水库导流洞工程在水利应用和防涝减灾等方面具有重要作用,近年来随着我国水利工程建设项目持续增多,对工程建设标准及质量也提出更高要求,而在工程建设中加强施工及安全监测,并在此技术上做好应急管理工作,对保证工程质量与安全至关重要。基于UWB定位技术的应急管理系统可为工程监测及应急管理等工作提供有力支持,因此,有必要对基于UWB定位技术的应急管理系统在水库导流洞工程中的应用进行深入探究。1UWB定位技术概述1.1UWB定位技术介绍UWB(Ultra Wideband)为超宽带技术,是以脉冲通信技术为基础发
2、展而来的一种通信技术,不过此技术和传统通信技术有很大不同,其无线传输主要是通过接收与发送极窄脉冲实现的,相应脉冲在纳秒级或者微秒级之下。因为脉冲有着极短的时间宽度,所以可达到频谱超宽带,所用带宽一般超出 500MHz。相比于传统窄带系统,超宽带系统具有更强的穿透力和更好的抗多径效果,系统整体复杂度不高,可精确地提供定位精度,并体现出高安全性和低能耗性等优势,因此可在超宽带技术应用下,对室内静止物体或移动物体和人实现定位跟踪和导航,并且可以精确地提供定位精度1。总体来说,UWB技术具有传输速度快、系统容量大、多径分辨率高、发射功率低、定位精度高、系统保密性好以及穿透力强等优势。1.2基于UWB定
3、位技术的精准定位系统基于UWB的精准定位系统适合应用在隧道开挖、铺轨以及隧道运维环节,能够实时定位隧道施工车辆、人员及物资等,及时获得人员、车辆以及物资等的轨迹、位置、时间等信息,通过动态监测及时发现异常之处或者遗漏问题,促使自动化监管设施和工程施工联合动作,并结合动态监测信息加快事件的应急响应与处理速度,切实提升施工现场管理效率及质量,维护施工安全、质量和进度等。此系统属于典型物联网架构,包括了应用层、平台层、数据层以及基础层,其中基础层涵盖了网关、标签、基站和配套网络设备等;数据层主要包括核心定位算法,自研而来;平台层能够提供对外数据接口以及一系列定位数据;应用层则主要针对具体场景或者面向
4、行业定制精准化的位置服务和其他配套应用软件等。系统架构主要包括支持本地引擎和云端的应用软件、定位基站、核心网关和各类标签等。2基于UWB定位技术的应急管理系统设计利用UWB定位技术设计应急管理系统,主要可实现以下安全管理内容:基于UWB技术在某基站覆盖范围之内进行零维定位,在两基站之间对应直线位置实现一维定位,在多个基站对应平面位置上实现二维定位,在多基站之间相应立体空间部位实现三维定位;基于基站所上报SOS告警信息触发紧急救援告警信息;基于标签点位信息和人员授权信息等触发区域告警信息;基于标签点位信息触发一定区域超员信息以及超时信息等;基于标签点位信息对人员考勤信息加以记录,同步巡检信息;基
5、于标签点位信息触发静止超时告警信息;利用大数据实现信息并发处理,并对数据实现云储存,所有历史数据均进入到数据库当中保存。2.1系统组成在系统设计中,硬件部分主要包括网关、标签和基站。其中网关主要连接外网,包括4G和有线网络,同时对基站回传数据进行收集,将相应数据传输到云端服务器中;基站主要为多台基站Wi-Fi Mesh自组网,负责标签数据的采集任务,所采集数据随后上传至网关;标签主要是定位坐标,同时会接收报警并主动报警。系统被分为两个部分,即前端的大数据监控部分和后端的管理部分。其中,前端涵盖7个项目,分别是项目概况、车辆出入、人员管理、轨迹回放、考勤管理、统计报表、预警管理;而后端管理功能比
6、较多,常用功能主要有首页介绍、项目管理、用户管理、人员定位以及数据管理等,还有一些功能只在特定场景中适用 2。2.2详细设计(1)着重对单导洞隧道场景进行细化设计,主要在隧道暗挖全断面法当中应用,主要面向一维线性定位场景。(2)优化设计设备布置情况。系统当中包含了基站、核心网关及标签,主要在隧道入口部位安装核心网关,用来和有线或者4G外网连接,同步对基站回传数据进行收集,随后传输到云端服务器当中。基站布设期间,间距保持在200300 m,选择Wi-Fi Mesh组网方式,级联台数最多24台,若台数超过这一数值,需额外增设核心网关设备(1台)。此外,要结合实际情况,按照需求配备标签,标签固定安装
7、在安全帽上。(3)合理确定技术典型指标。基站和基站之间保持标定距离,间距精确至1 m,不需要再进行人工测量。在所布设基站相关定位区域内,在没有干扰和遮挡情况下,标签定位精度应小于10 cm。而在掌子面区域当中,在没有遮挡和干扰情况下,标签定位精度小于10 cm。定位频度主要保持在0.11.0 Hz,此时可实现配置,定位延迟小于1 s。2.3系统特点在基于UWB定位技术设计的应急管理系统当中,直接将标签布设在安全帽上,操作便捷,且便于维护。此系统具有较高的定位精度,尤其是标签可达到10 cm的定位精度。定位频度主要保持在0.11.0 Hz,具有可调性。系统建设所用技术具有较高的先进性,并自主研发
8、了以TOF/TDOA/TOA为基础的核心算法和基站自主标定算法,所以系统保持较高安全性,软件基于UWB定位技术的应急管理系统在水库导流洞工程中的应用康进辉,李高正,王健(中国安能集团 第一工程局有限公司,广西 南宁 530000)摘要:对基于UWB定位技术的应急管理系统在水库导流洞工程中的应用进行研究。运用资料收集法、文献调查法、案例分析法等研究方法,介绍了UWB定位技术和基于UWB定位技术的精准定位系统,分析了基于UWB定位技术的应急管理系统设计,探讨了该系统在拟建古皂水库导流洞开挖支护施工中的应用,旨在通过应用此系统促进导流洞工程施工信息化水平提升。关键词:UWB定位技术;应急管理系统;水
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