一种基于UWB技术的安全防控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于UWB技术的安全防控系统，其特征在于，包括微基站、微网关基站、电子标签、后台服务器和显示器；微基站和微网关基站布置于电力作业监管环境中，电子标签由电力人员携带，实时对人员进行定位和检测安全指标参数；所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连。本发明专利技术使用UWB构建局域网，实现对人员的精确定位和安全指标评估，为监管人员提供高效的监控手段，同时系统结构简单、布置灵活、极大提高系统布置效率和成本，改善监管效果。

A safety control system based on UWB Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB技术的安全防控系统
本专利技术涉及信号定位和电力安全
，尤其涉及一种基于UWB技术的安全防控系统。
技术介绍
随着工业化和城市化进程的加快，电网每天的施工点在急速增加。电力作业是一项风险极高的工作，工作人员的人身安全一直是电网公司关注的重点。而由于电力作业的复杂性以及技术、管理等的不到位，导致安全隐患多且事故频发，如误入带电区域、不规范作业等。另一方面，目前电力作业安全管控多采用人工观察的方式，由于作业点多面广，增加了管控难度以及人员、设备的监管难度，而控制作业实践活动中的危险源是建立现场安全防控的关键。因此，人员精确定位及安全监管的需求越来越强烈。超宽带(UWB)技术是近年来新兴的一项先进技术，被认为是将来短距离无线通信领域的主流技术。超宽带技术不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过收发具有纳秒或纳秒以下的极窄脉冲来传输数据，能在覆盖范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。除此之外，UWB信号具有抗干扰性强、发送功率非常小、安全性高等优点，这使其相比其他定位技术如WIFI、RFID等更有优势。虽然目前市面上已存在基于UWB的定位设备，但其功能较为单一，不能检测电力环境参数以及人员的生理指标，达不到预期目的；另外，定位系统结构复杂，需要布置中心管理计算机，在UWB信号覆盖范围内，UWB信号仅仅用于定位，而标签、基站与服务器之间的数据传输却要使用其他传输技术如WIFI、Zigbee、LoRa等，这无疑降低了系统的布置速度，增加了系统结构复杂性和成本，且灵活性非常低，难以应用于实际作业环境中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决电力作业环境中的人员安全监管问题，提供一种基于UWB技术的安全防控系统。本专利技术具有定位准确、多功能、监管效果好以及系统布置简单灵活的优点。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种基于UWB技术的安全防控系统，包括微基站、微网关基站、电子标签、后台服务器和显示器。所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连；所述微基站包括收发天线、UWB信号处理单元、中央控制单元、电源管理模块和指示灯；所述UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为微基站提供电能；指示灯用于显示微基站的工作状态。微网关基站包括微基站、WIFI模块和以太网口；WIFI模块和以太网口用于将所述UWB局域网内部数据上传到外部网络，以及将外部网络数据下发到所述UWB局域网内部。微网关基站通过无线WIFI或有线以太网与后台服务器的通信收发端口相连接。电子标签包括收发天线、UWB信号处理单元、中央处理单元、电源管理模块、六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块；其中，UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块分别与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为电子标签提供电能。六轴传感器模块用于检测人员的加速度矢量参数和姿态角，补偿UWB定位误差，提高定位精度。语音指示模块使用语音合成模块，用于向人员输出警告语音和指示语音。电压检测模块可选用电场测量模块或近点感应模块，用于测量佩戴人员周围电力环境的电压值，作为安全防控判断指标之一。生理指标检测模块，可选用心率测量模块，用于检测佩戴人员的健康状态是否正常，作为安全防控判断指标之一。后台服务器用于存储微网关基站上传的数据，为相关监管人员分发对应作业环境的监管数据，并且负责转发监管人员下发的指令到指定作业环境的微网关基站，再由微网关基站通过UWB局域网发送到相关微基站或电子标签。显示器用于通过访问后台服务器获取指定作业环境的管控数据和下发指令，或者通过直接访问微网关基站获取当前作业环境的管控数据和下发指令。在本专利技术中，微基站和微网关基站布置在电力作业监管环境中；电子标签由电力人员携带，用于对人员进行实时定位和安全指标参数的检测；进一步地，所述收发天线为全向天线，用于接收和发送UWB无线信号；收发天线为内置天线，能够减小电子标签的尺寸。进一步地，所述微基站中的电源管理模块包括锂电池、充电模块和交流转直流模块；交流转直流模块用于将市电转换为直流电，为电源管理器模块提供电能。当微基站接入市电时，由市电为微基站提供电能，同时对锂电池进行充电；当微基站未接入市电时，由锂电池为微基站提供电能。进一步地，微网关基站中的WIFI模块、以太网口支持热插拔；当微网关基站拔掉WIFI模块和以太网口后，即切换为所述微基站；反之，微基站插入WIFI模块和以太网口后即可切换为微网关基站。进一步地，所述电子标签中的电源管理模块包括锂电池、充电模块和USB接口；充电模块一端与锂电池连接，另一端与USB接口连接。当USB接口接入外部电源时，由外部电源为电子标签提供电能，同时为锂电池充电；当USB没有接入外部电源时，由锂电池为电子标签提供电能。具体地，所述安全防控系统工作过程为：微基站和微网关基站开机工作，并自动组建UWB局域网。微网关基站借助WIFI或以太网口从服务器端下载作业环境的危险区域分布图、基站布局图、权限区域图等数据信息，并通过UWB局域网分发给局域网中的各个设备如微基站和微网关基站。然后微基站和微网关基站处于待机状态，等待电子标签的数据请求或者下发服务器的相关数据信息到指定电子标签。电子标签工作时先扫描一次UWB局域网，检查电子标签内部存储器保存的数据版本是否与当前作业环境的危险区域分布图、作业环境基站布局图和权限区域图等信息相一致；若版本不一致，则从微网关基站处下载最新的作业环境信息，并保存在存储器中。电子标签实时监测人员周围环境的电压值、自身生理指标参数，通过扫描UWB局域网得到周围所有微基站和微网关基站的运行状态信息，然后选择周边1～4个微基站发送定位请求信息，根据被选择微基站的应答信息，计算出电子标签与所选择1～4个微基站的物理距离，然后基于最小误差准则计算出电子标签的位置坐标，结合所述电压值、生理指标参数、危险区域分布图和权限区域图评估自身安全指标，若评估得到的安全指标低于指定阈值，语音指示模块则会报警，并根据作业环境布局图指示作业人员撤离路径。此外电子标签通过UWB局域网，将前面检测到的电压值、生理指标参数、坐标参数、安全指标和身份信息打包发送到微网关基站，再由微网关基站发送到服务器，监管人员使用显示器从服务器处获取数据即可实时监控现场作业情况。并且监管人员可以通过显示器下发指令到服务器，再由服务器发给微网关基站，最后由微网关基站根据指令类型通过UWB局域网下发到指定的设备，再由指定设备执行具体指令。更进一步地，所述UWB局域网的组建方法基于严格的投票策略，即一个未加入UWB局域网的设备，只有在获得周围所有已加入UWB局域网的其他设备(包括微基站和微网关基站)的许可后才能接入UWB局域网。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于UWB技术的安全防控系统，其特征在于，包括微基站、微网关基站、电子标签、后台服务器和显示器；所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连；/n所述微基站包括收发天线、UWB信号处理单元、中央控制单元、电源管理模块和指示灯；所述UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为微基站提供电能；指示灯用于显示微基站的工作状态；/n微网关基站包括微基站、WIFI模块和以太网口；WIFI模块和以太网口用于将所述UWB局域网内部数据上传到外部网络，以及将外部网络数据下发到所述UWB局域网内部；/n电子标签包括收发天线、UWB信号处理单元、中央处理单元、电源管理模块、六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块；其中，UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块分别与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为电子标签提供电能；六轴传感器模块用于检测人员的加速度矢量参数和姿态角；语音指示模块使用语音合成模块，用于向人员输出警告语音和指示语音；电压检测模块可选用电场测量模块或近点感应模块，用于测量佩戴人员周围电力环境的电压值；生理指标检测模块选用心率测量模块，用于检测佩戴人员的健康状态是否正常；/n所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号基于自组网算法构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连；微网关基站通过无线WIFI或有线以太网与后台服务器的通信收发端口相连接；/n后台服务器用于存储微网关基站上传的数据，为相关监管人员分发对应作业环境的监管数据，并且负责转发监管人员下发的指令到指定作业环境的微网关基站，再由微网关基站通过UWB局域网发送到相关微基站或电子标签；/n显示器用于通过访问后台服务器获取指定作业环境的管控数据和下发指令，或者通过直接访问微网关基站获取当前作业环境的管控数据和下发指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB技术的安全防控系统，其特征在于，包括微基站、微网关基站、电子标签、后台服务器和显示器；所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连；
所述微基站包括收发天线、UWB信号处理单元、中央控制单元、电源管理模块和指示灯；所述UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为微基站提供电能；指示灯用于显示微基站的工作状态；
微网关基站包括微基站、WIFI模块和以太网口；WIFI模块和以太网口用于将所述UWB局域网内部数据上传到外部网络，以及将外部网络数据下发到所述UWB局域网内部；
电子标签包括收发天线、UWB信号处理单元、中央处理单元、电源管理模块、六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块；其中，UWB信号处理单元一端与收发天线相连接，另一端与中央控制单元相连接；六轴传感器模块、语音指示模块、电压检测模块和生理指标检测模块分别与中央控制单元相连接；电源管理模块用于为电子标签提供电能；六轴传感器模块用于检测人员的加速度矢量参数和姿态角；语音指示模块使用语音合成模块，用于向人员输出警告语音和指示语音；电压检测模块可选用电场测量模块或近点感应模块，用于测量佩戴人员周围电力环境的电压值；生理指标检测模块选用心率测量模块，用于检测佩戴人员的健康状态是否正常；
所述电子标签、微基站和微网关基站使用UWB信号基于自组网算法构成UWB局域网；电子标签、微基站和微网关基站通过UWB局域两两相连；微网关基站通过无线WIFI或有线以太网与后台服务器的通信收发端口相连接；
后台服务器用于存储微网关基站上传的数据，为相关监管人员分发对应作业环境的监管数据，并且负责转发监管人员下发的指令到指定作业环境的微网关基站，再由微网关基站通过UWB局域网发送到相关微基站或电子标签；
显示器用于通过访问后台服务器获取指定作业环境的管控数据和下发指令，或者通过直接访问微网关基站获取当前作业环境的管控数据和下发指令。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，微基站和微网关基站布置在电力作业监管环境中；电子标签由电力人员携带，用于对人员进行实时定位和安全指标参数的检测。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述收发天线为全向天线，用于接收和发送UWB无线信号；收发天线为内置天线。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑重鹏，田立斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44