UWB高精度定位技术变电站作业安全管理中的应用.docx

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UWB高精度定位技术变电站作业安全管理中的应用

脉冲超宽带UWB室内高精度定位技术变电站作业安全管理中的应用

中海达定位技术有限公司编制

2015年5月7日星期四

脉冲超宽带室内定位技术简介

室内定位技术主要分为两大类：

一类是以无线局域网（WLAN）、射频标签（RFID）、紫蜂（Zigbee）、蓝牙（Bluetooth）、超宽带（UWB）为代表的局域室内定位技术；另一类是以A-GPS、伪卫星（Pseudolite）、地面数字通信及广播网络为代表的广域室内定位技术。

国际上ibeacon定位系统和Ubisense定位系统都已达到亚米级定位精度。

超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。

它不需要使用传统通信体制中的载波，是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据定位的。

该纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲具有GHz量级的带宽（GHz千兆赫兹的简写，是超高频（UHF）和微波信号的频率指示单位）。

超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、消防人员的位置发现，机器人运动跟踪等。

　　超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。

因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

应用背景

　作为国家能源战略布局的重要组成部分和能源产业链的重要环节，电网是国家能源资源优化配置载体，其中各地的超高压变电站又是电网系统的核心组成部分，其安全生产关系着整个电网运行的安全和效率。

超高压变电站的日常巡检需要实时定位、视频监控联动、安全报警、求助系统、历史巡更查询、工作考核等需求。

基于人为因素的变电站安全隐患主要表现在：

①变电站现场巡视不到位。

变电站现场巡视及设备巡视是变电站运行管理工作的一个重要组成部分，它是检查设备运行状况、掌握设备运行参数、了解

设备运行环境、确保电网安全运行必不可少的基础工作。

但少数人员认为现在的自动化程度非常高而过分地依赖于监控系统，造成巡视不到位或正常巡视次数无法保证。

由于变电站的一些异常情况无法

用电气量监测和用电信号传到监控系统，如地基下陷、瓷瓶裂纹、螺丝松动、金具锈蚀、变压器或开关漏油、全密封设备漏气等，如果思想松懈、忽视巡视的重要性、或者巡视不到位等，便无法及时发现

这些缺陷，为设备的安全正常运行埋下隐患。

②对进入工作区域的人员监护监控不力。

值班及作业人员进入变电站区域后，监控中心无法实时跟踪工作人员的当前状态，特别是人员当前位置、移动路线、移动趋势、停留时间等无法定量监控，对巡视不到位的现象无法及时提醒和纠正，对作业人员靠近或误入危险区域时也无法及时发现和提醒制止，对监护缺位的现象无法监督管理，极易发生安全事故。

③误入危险区域。

变电站的检修、试验、操作、正常和特殊巡视等作业内容要求作业人员时常进入变电站内的划定区域和既定目标并实施作业，受业务技能、精神状态、外部环境等因素的影响，作业人员可能会靠近或误入某些危险区域、误碰某些带电设备、或者操作本不该操作的设备，从而造成人身事故、设备事故、或生产运行事故。

还有其他一些危险现象不再一一列举。

安全管理系统构成与特点

基于当前先进的通信技术、网络技术、定位技术和软件技术，通过对进入变电站区域的人员或移动物体进行实时定位，新型变电站作业安全管理系统能够彻底解决上述问题，有效消除生产运行和检修维护过程中的安全隐患。

新型变电站作业安全管理系统利用先进的技术

平台，能够对变电站现场工作人员和外来参观人员做到事先划定作业区域，实时监控记录活动情况，分析活动规律和趋势，遇有危险活动及时预警，事后统计分析，在防范安全事故发生的同时，大幅度提高整个变电站及电力公司的工作效率和管理水平。

新型变电站作业安全管理系统通过无线传感器网络实现精确定位，将定位信息在变电站平面图上进行实时显示，不同的工作组通过不同颜色的点进行标示，便于区分观察。

工作人员的工作路线都将

记录在数据库中，并且实现路线动态回放，便于日后查询工作人员的工作情况。

系统后台监控软件界面精美、专业，操作方便、快捷。

变电站地理信息系统建模形象、逼真、直观，界面美观，方面使用。

后台系统实时展示移动目标当前位置，并在变电站地理位置图上标示，跟踪目标移动轨迹。

检测报警设备。

通过无线传感器网络对变电站高压带电区域进行移动物体的探测，当探测到危险区域或禁入区域内有移动物体闯入时，发出声光报警，并关联视频系统，自动切换摄像镜头画面定位到报警区域并记录存储，使实时记录图像与实时监控数据相匹配。

这样，就可以有效杜绝一般工作人员或外来人员误闯危险带电区域、造成停

电或人员伤亡事故的现象。

与传感网络、检测设备协同互动的高分辨率、可动态调节跟踪的视频设备。

采用高分辨率、高灵敏度、可动态调节跟踪人员活动的视频设备，一旦人员进入划定区域即启动

跟踪、记录、显示等功能，如果检测到未按规定时间或路线进行巡视、接近边界或越界等危险行为均发出警告并记录存储，同时上传至上级系统，直至人员活动结束。

后台计算机管理系统。

提供变电站区域划分及设置、工作模式编辑及设置、电子标签管理、动态数据采集及处理、数据记录、计算统计、行为分析、预警报警、联动控制、画面报表、显示打印、数据通信等软件功能和人机界面。

实现方案

变电站巡检人员的安全保障系统包括高精度实时定位系统、高清摄像云台和巡检安全保障服务器系统组成。

其中定位部分采用脉冲超宽带技术（UWB），巡检人员、车辆、设备佩戴定位标签，即可实现整个变电站高精度定位;人员标签上可以集成陀螺仪和加速度传感器实现高精度三维定位，位置数据与视频监控联动实现自动视频追踪、与GIS结合实现虚拟实景监控;为用户定制的巡检人员安全保障管理软件，提供异常报警、工作评审、历史追溯等丰富功能。

安全管理系统的工作模式

基于无线定位技术的新型变电站作业安全管理系统具有现场需要的多种工作模式，如巡视模式、参观模式、检修模式、操作模式和探测模式等，不同模式下的监控侧重点有所不同。

巡视模式：

主要对工作人员是否按规定时间、规定路线、规定位置巡视进行监控。

参观模式：

主要对外来参观考察人员的行进路线、参观时间、参观区域、停留时间等进行监控，防止进入危险区域或出现意外。

检修模式：

按检修内容设定检修人数、检修工作区域、危险区域、检修工作时间等，防止非检修人员混入、误入非工作区域、超出工作时间等。

操作模式：

按操作内容设定操作人数、操作工作区域、危险区域、操作工作时间等，防止监护人员不到位、误入非操作区域、超出操作时间等。

探测模式：

对进入变电站区域内的其他动态目标进行监控，包括车辆、施工机械与设备等。

由于车辆体积大、行进速度快，对其监控的实时性要求更高。

同时，车辆进入变电站后，也需要随时监控

车辆的当前位置，确保其行驶、停放在安全区域。

同时，也可以根据新的运行管理模式需求，扩充新的工作模式。

功能特点

1.实时定位与异常报警：

巡检人员、车辆、设备全程实时定位和记录，越界等异常状态实时报警提醒，保障人员安全。

2.巡检管理可视化：

通过对巡检人员的实时定位与视频监控、三维GIS结合，实现了巡检可视化管理，对巡检工作进行有效评审。

3.三维空间定位防护：

三维定位可以对监控检修人员登高作业时候实现高度定位，并与变电装置位置信息及监控结合，保障在空中检修的安全定位。

4.历史事件追溯与评断：

根据巡检定位数据可以考核工作人员的作业完成情况，也可以为突发事件提供责任分析依据。

5.全程定位与视频监控联动：

根据关键（巡检或维修）人员的位置数据和方位驱动高清摄像云台，对监控对象进行全程视频跟踪和关键事件的记录，提高视频监控效率。

视频监控联动

可对每个监控对象实时跟踪监控，快速知道现场事件状态，提高了视频监控的利用率和视频事件记录清晰性，这样既节省了时间和成本，又能得到更好的视频监控效果。

关键的视频功能有：

定位关键视频检索：

根据地点，时间，事件和人员检索视频;

智能记录管理：

巡检部分的视频可单独存储和分类管理;

历史巡检定位轨迹与视频叠加：

直接通过定位调用历史帧画面;

安全报警与求助

变电站对安全距离和操作规范都有严格的要求，通过本安全保障系统的高精度定位，可以实现危险区域预报警和求助功能，实现变电站巡检和维修工作的本质安全。

进入危险警戒区域前预报警，一旦预警，摄像头即刻转来拍摄记录;

报警按钮求助功能，一旦启动救助，摄像头即刻转来拍摄记录;

主要工作流程与应用情况

通过基于无线定位技术的新型变电站作业安全管理系统在多个110kV、220kV、500kV变电站中两年多的应用实践，证明该系统能够有效避免变电站设备巡视和操作中的人为安全隐患。

现以某500kV变电站为例，简要说明新型变电站作业安全管控的工作流程与应用情况。

该变电站位于某直辖市东郊区，共建设有4台1500MVA变压器；500kV出线10回；220kV出线14回；每台主变低压侧配置4组60Mvar低压并联电容器，未配置并联低压电抗器和高压电抗器。

站址区总占地面积70700m2，围墙内占地面积45500m2。

该变电站建于20世纪90年代初，部分设备存在老化、过载现象。

主要工作流程是：

首先在后台监控计算机上对需要对变电站值班人员和进入变电站的其他工作人员进行身份注册，验证信息后设定他要领取的移动终端的编号，并根据工作人员需要执行的操作设定技术与应用对应的工作路线、工作时间、工作区域、危险区域等；然后工作人员领取编号正确的移动终端并正确佩戴；工作人员进入变电站后通过脉冲超宽带定位网络，将定位数据传递给前置机，前置机按照定位算法通过计算确定工作人员的当前位置，一方面根据已设定的危险间隔判断当前位置是否合法，不合法则向工作人员发送相应的报警信息；另一方面将工作人员的当前位置信息发送给后台监控系统，在变

电站平面图上将工作人员的位置坐标显示出来，便于后台监控人员的观察。

同时，变电站内工作人员的行进路线等信息将保存在数据库中，日后可以通过动态方式重新查看其工作路线，实现了对变电站工作人员的有效监督。

在进入预设区域的同时，自动启动视频图像设备，并自动跟踪监视移动目标在区域内活动的全过程，一旦发现偏离预设区域、接近危险区域、未到达预设位置、停留时间过短或超时等问题及时发出预警或报警信号，同时记录存储下来全部视频图像，上传至上级部门，并生成一系列有关统计数据。

联系方式：

186，1309，8483

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