【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及定位，尤其是涉及一种地下变电站三维定位方法、三维定位与安全警示系统。
技术介绍
1、为了满足城市化进程造成地面土地资源紧张的问题，如何合理地利用垂直空成为了各大城市城市规划中不可忽视的问题。地下变电站相较于传统变电站而言，不再占用大量地面空间，节约土地资源，同时又具有更高的安全性，是现代化变电站建设的一个重要方向。对于变电站的管理而言，对于人员、机器人等的定位尤为关键，防止人员误触高压设备、误入危险区域，防范机器人干扰设备正常工作，都需要结合精准可靠的定位技术进行及时安全预警。
2、传统的定位技术主要基于gps定位技术或高清摄像头视频捕捉。然而对于地下空间而言，存在着照明条件受限、空间局促、信号屏蔽等因素，传统定位技术的效果均不理想。同时，地下变电站的定位出于安全因素的考量，又需要定位算法有较强的实时性，定位结果有较高的准确性。因此，设计在地下变电站的场景下的可靠无线定位方案，对于变电站的管理显得尤为重要。
3、超带宽(ultra wide bandwidth,uwb)通信是一种无线通信技术。uwb通信采用的频谱带宽极宽，从而可使用纳秒至皮秒级别的超短脉冲信号进行通信。由于脉冲持续时间极短，uwb系统的功耗可以被控制在极低的范畴之内，相较于传统的wi-fi、蓝牙等系统具有巨大的功耗优势。由于uwb通信采用超短脉冲进行通信，因此通过测量超短脉冲发送产生的时间差，可以通过计算发射节点和接收节点之间的距离，从而实现设备的定位。在传统的uwb定位系统中，往往布置多个锚点分别测量某一个目标节点的相对距
4、上述改进之后的uwb定位方法依然存在如下缺点。
5、首先，二维的定位对于设备繁多，地形复杂的地下变电站而言局限性较大。二维定位的前提是被定位的目标节点与用于定位的锚点需要在一个水平平面内，而被定位目标的高度实则无法统一，而与之在同一水平面布置锚点则会导致信道内容易存在遮挡物。例如在专利cn113286360a中，用红外传感器辅助uwb定位系统来实现二维定位，减少uwb基站布放密度。然而地下矿道多呈弯曲的通道状，空间狭小、环境单一，无其他遮挡物，二维定位已经能够满足定位需求，此种定位系统难以直接移植到地下变电站。
6、其次，上述方法缺少对于信道是否是直视径的判断以及相应的判断机制。一旦在信号传播的过程中存在遮挡，所获得的相对距离就很可能是经过其他径反射而得的信道的长度，而非直视径的长度，造成较大的定位误差。如在专利cn106646353a中，提出了一种基于uwb和wifi技术混合的地下作业人员精确定位系统和工作方法。虽然判断直视径与非直视径的模块在uwb模块与wifi模块中均有提及，但只说明需要考虑不同环境下选取不同的自由空间路径损耗系数和噪声方差，并没有指出具体判断方法。
7、因此，亟需设计一种更加准确可靠的地下变电站三维定位方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种准确可靠的三维定位方法、三维定位与安全警示系统。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种地下变电站三维定位方法，该方法包括：
4、步骤s1、铺设在地下变电站各处的超带宽锚点持续扫描来自附着在待定位目标实体上的超带宽目标标签发送的定位请求信号，直至接收到所述定位请求信号后转步骤s2；
5、步骤s2、开始进行三维定位；
6、步骤s3、根据接收到的定位请求信号的信道冲击响应，判断当前径是否为直视径，若为直视径则转步骤s4持续进行定位，否则转步骤s7：
7、步骤s4、超带宽锚点从接收到的定位请求信号中读取通信数据包，从中提取出所述超带宽目标标签对应的识别号码；
8、步骤s5、计算超带宽目标标签与超带宽锚点之间的距离与信号到达超带宽锚点的到达角，得到测量数据；
9、步骤s6、上传识别号码与测量数据，后台根据所述超带宽目标标签的识别号码确定对应的高度信息，结合测量数据计算得到当前超带宽目标标签的三维坐标；
10、步骤s7、结束三维定位，转步骤s1等待下一次接收到超带宽目标标签的定位请求信号。
11、优选地，所述步骤s3中根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，判断当前径是否为直视径，具体为：根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，若最快到达径的能量为整个冲激响应中所有时刻中的最大能量，则该径为直视径。
12、优选地，所述步骤s5中计算超带宽目标标签与超带宽锚点之间的距离，具体为：
13、超带宽锚点在与超带宽目标标签进行数据传输的脉冲交互过程中，超带宽锚点发送信号，超带宽目标标签接收并反馈所述信号；
14、采用到达时间差tdoa测量法，通过测量反馈脉冲信号与发射脉冲信号的时间差获取超带宽目标标签与超带宽锚点之间的相对距离。
15、优选地，所述步骤s5中信号到达超带宽锚点的到达角，计算过程具体为：
16、所述超带宽锚点中设置有多个等间距阵列排列的超带宽通信模块，当目标反馈信号到超带宽锚点时，从超带宽阵列中不同超带宽模组获取相应的脉冲信号相位，然后通过相位差获取目标的方位信息，即水平平面的到达角。
17、优选地，每个目标标签的识别号码唯一且对应一个目标实体，所述目标实体包括进出地下变电站人员的工牌、以及变电站中工作的机器人。
18、根据本专利技术的第二方面，提供了一种地下变电站安全警示系统，采用权利要求上述的方法进行三维定位，所述系统包括：
19、附着在待定位目标实体上的超带宽目标标签，依据需求发送定位请求信号；
20、铺设在地下变电站中的超带宽锚点，接收超带宽目标标签发送的定位请求信号并计算处理得到超带宽目标标签的距离与到达角信息；
21、控制后台，内置有包含超带宽目标标签识别号码与对应高度信息的数据库，结合超带宽目标标签的距离与到达角信息处理得到超带宽目标标签的三维坐标；
22、安全警示模块，设置在控制后台中，用于处理超带宽目标的三维坐标信息生成三维模型供管理人员参考，并发布安全预警信号给超带宽目标标签。
23、优选地，所述超带宽锚点包括：
24、超带宽模组阵列，包括若干个等间距线性排列的超带宽通信模组，相邻超带宽通信模组天线阵元的间距设置为信号波长的一半；
25、通信模块，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤S3中根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，判断当前径是否为直视径，具体为：根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，若最快到达径的能量为整个冲激响应中所有时刻中的最大能量，则该径为直视径。
3.根据权利要求1所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤S5中计算超带宽目标标签与超带宽锚点之间的距离，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤S5中信号到达超带宽锚点的到达角，计算过程具体为：
5.根据权利要求1所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，每个目标标签的识别号码唯一且对应一个目标实体，所述目标实体包括进出地下变电站人员的工牌、以及变电站中工作的机器人。
6.一种地下变电站三维定位与安全警示系统，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的方法进行三维定位，所述系统包括：
7.根据权利要求6所述的系统
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述超带宽目标标签包括：
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述安全预警，具体为：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述安全警示模块包括：
...【技术特征摘要】
1.一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤s3中根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，判断当前径是否为直视径，具体为：根据接收到的超带宽目标标签发送的信号信道冲击响应，若最快到达径的能量为整个冲激响应中所有时刻中的最大能量，则该径为直视径。
3.根据权利要求1所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤s5中计算超带宽目标标签与超带宽锚点之间的距离，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种地下变电站三维定位方法，其特征在于，所述步骤s5中信号到达超带宽锚点的到达角，计算过程具体为：
【专利技术属性】
技术研发人员：孙博洋，夏严峰，王晓锋，张猷，金珊珊，沈志鹏，黄阮明，王书涵，唐爱民，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。